Supermasivní černé díry mohly vzniknout z temné hmoty

Teoretičtí fyzikové z Itálie, Španělska a Argentiny navrhli nový mechanismus pro vytvoření supermasivních černých děr (neboli veleděr) z temné hmoty. Standardní modely vzniku vyžadují normální baryonickou hmotu smršťující se v důsledku působení gravitace do podoby černých děr, které následně v průběhu času zvětšují svůj rozměr nabíráním další hmoty.

Nová teoretická studie navrhuje neobvyklý mechanismus pro vytvoření supermasivní černé díry z temné hmoty. Mezinárodní tým astronomů zjistil, že spíše než obvyklý scénář utváření zahrnující obyčejnou hmotu, mohou supermasivní černé díry místo toho vznikat v regionech s vysokou hustotou temné hmoty v centrech galaxií.

Zjištění, jak supermasivní černé díry původně vznikaly, je dodnes jedním z největších problémů výzkumu vývoje galaxií. Tyto tzv. veledíry byly pozorovány již v období 800 miliónů roků po Velkém třesku. Jak mohly vyrůst tak rychle, zůstává doposud neobjasněnou záhadou.

Supermasivní černá díra v naší Galaxii má hmotnost asi 4 milióny hmotností Slunce, zatímco ty největší dosahují hmotností až v řádu desítek miliard Sluncí. Nejhmotnější supermasivní černá díra má odhadovanou hmotnost zhruba 70 miliard Sluncí.

Vědecký tým, jehož vedoucím byl Carlos Argüelles z Universidad Nacional de La Plata and ICRANet, zkoumal potenciál existence stabilního galaktického jádra, tvořeného temnou hmotou a obklopeného zředěnou temnou hmotou v podobě halo. Dospěli k závěru, že centra těchto struktur by mohla být tak koncentrovaná, že by zkolabovala do podoby supermasivních černých děr.

To se může stát mnohonásobně rychleji, než u jiných navrhovaných mechanismů vzniku, což by  umožnilo vznik supermasivních černých děr v raném vesmíru ještě před tím, než se v něm zabydlely první hvězdy a galaxie, na rozdíl od současných představ.

„Tento nový scénář vzniku může nabídnout přirozené vysvětlení pro to, jak se supermasivní černé díry zformovaly v raném vesmíru, bez požadovaného vzniku dřívějších hvězd nebo potřeby zárodků černých děr s nereálnou rychlostí zvětšování,“ říká Carlos Argüelles.

Z nového modelu vyplývá další zajímavý důsledek – rozhodující množství hmoty potřebné pro kolaps do podoby černé díry by nemohlo být dosaženo pro menší halo z temné hmoty, například takové, jaké obklopuje některé trpasličí galaxie.

Astronomové se domnívají, že to kromě toho může představovat menší trpasličí galaxie s jádrem centrální temné hmoty, spíše než očekávaná černá díra. Takové jádro temné hmoty by mohlo stále ještě vykazovat gravitační příznaky obvyklých centrálních černých děr, zatímco temná hmota vnějšího halo by mohla také vysvětlit pozorované rotační křivky galaxií.

„Tento model ukazuje, jak by mohlo halo temné hmoty uchovávat husté koncentrace ve svých centrech, které mohou hrát rozhodující roli v pomoci porozumět utváření supermasivních černých děr,“ říká Carlos Argüelles. „Nyní máme prvně za prokázané, že takové rozložení temné hmoty v jádru a v halo galaxií může ve skutečnosti vzniknout v kosmologickém systému a zůstat stabilní po celou dobu existence vesmíru.“

„Doufáme, že následující studie mohou vrhnout více světla na vznik supermasivních černých děr v raném období existence našeho vesmíru, stejně tak jako na výzkum, jestli centra neaktivních galaxií včetně naší Mléčné dráhy mohou být hostiteli těchto jader husté temné hmoty.“

Umělecké ztvárnění připojeného obrázku představuje spirální galaxii ponořenou ve velkém rozložení neviditelné hmoty známé jako halo temné hmoty. Modře zbarvené halo z materiálu obklopujícího galaxii ukazuje předpokládané rozložení záhadné temné hmoty, která byla poprvé navržena astronomy k vysvětlení rotačních vlastností galaxií a nyní je rovněž základní složkou současných teorií formování a vývoje galaxií. Studie pohlížející na utváření temné hmoty v galaktickém halo napovídají, že každé halo může přechovávat velmi husté jádro temné hmoty, jež může potenciálně napodobovat efekt centrální černé díry. Nová měření však ukázala, že množství temné hmoty ve velkých regionech v okolí Slunce je mnohem menší, než se předpokládalo.

Článek byl publikován v Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Zdroj: http://www.sci-news.com/astronomy/dark-matter-supermassive-black-holes-09389.html; https://scitechdaily.com/new-research-finds-that-supermassive-black-holes-could-form-from-dark-matter/ a https://www.techexplorist.com/dark-matter-formed-supermassive-black-holes/37980/

autor: František Martinek