Sciencemag.cz
Doporučujeme
Pokud je nová teorie správná, Mléčná dráha by v současnosti mohla obsahovat desítky středně hmotných černých děr v okruhu asi 600 světelných let od své centrální černé veledíry.
Studie Astronomického ústavu Univerzity Karlovy ukazuje, jak se středně hmotné černé díry mohou tvořit přirozeně a často, ale v současném/blízkém vesmíru pouze v nejvnitřnějších oblastech hvězdotvorných galaxií, které jsou podobné naší Mléčné dráze.
Když hmotné hvězdy umírají, jejich hvězdnými pozůstatky jsou často černé díry o hmotnosti odpovídající 5 až 100 hmotnostem našeho Slunce. Jde o hvězdné černé díry. Ačkoli takové černé díry nelze přímo pozorovat, o mnohých víme díky světlu, které vydávají při pohlcování svých hvězdných souputníků. Je známo, že ve středech hmotných galaxií se ukrývají černé veledíry o hmotnosti více než 100 000 hmotností našeho Slunce. Například Mléčná dráha obsahuje černou díru o hmotnosti asi 4 milionů hmotností našeho Slunce. Obří eliptická galaxie M87 má černou díru s hmotností několika miliard hmotností našeho Slunce. Ale co černé díry „mezi“? Existují vůbec takové „sice velké, ale ne zas tak moc“, které astronomové označují jako „středně hmotné černé díry“? Ty by byly těžké asi jako 1000 až 100 000 hmotností našeho Slunce. Počítačové simulace kulových hvězdokup ukázaly, že hvězdné černé díry by mohly do takových hmotností dorůst v průběhu miliard let splýváním s jinými hvězdnými černými dírami a polykáním hvězd. Dosud však žádná pozorování jejich existenci pevně nepotvrdila a výpočty jsou značně nejisté.
V právě publikovaném článku v časopise Astronomy & Astrophysics hlavní autor Jaroslav Haas z Astronomického ústavu Univerzity Karlovy ukázal, jak se středně hmotné černé díry pravděpodobně rychle a často tvoří v nejvnitřnějších oblastech galaxií, jako je naše Mléčná dráha. Aplikoval výpočty týkající se tvorby černých veleděr v blízkosti středů hmotných galaxií, které před několika lety publikoval Pavel Kroupa se svými spolupracovníky. Jaroslav Haas vysvětluje: „V nejvnitřnější oblasti Mléčné dráhy se hvězdy tvoří neustále. Mnohé z nich se rodí v hustých hmotných hvězdokupách. Když hmotné hvězdy v těchto hvězdokupách umírají, zanechávají po sobě mnoho hvězdných černých děr, které se hromadí v centrálních částech hvězdokup. Tyto hvězdokupy nadále obíhají kolem středu Mléčné dráhy a při svém oběhu se často setkávají s hustými mračny plynu. Když plyn do hvězdokupy pronikne, centrální shluk hvězdných černých děr se smrskne, protože černé díry jsou plynem zpomaleny. Za určitých podmínek se podkupa hvězdných černých děr může stát tak kompaktní, že jednotlivé černé díry v ní obíhající začnou vyzařovat gravitační vlny. Když k tomu dojde, podkupa se může katastrofálně zhroutit, a vytvořit tak středně hmotnou černou díru.“
Hmotnost takové zhroucené kupy černých děr se pohybuje v rozmezí 1000 až 100 000 hmotností našeho Slunce. Pavel Kroupa, spoluautor této studie, rovněž z Astronomického ústavu Univerzity Karlovy a profesor Univerzity v Bonnu, říká: „Až dosud jsem velmi pochyboval, že by středně hmotné černé díry mohly existovat, protože naše předchozí výpočty vyloučily jejich vznik ve středech galaxií. Tato nebývalá aplikace teorie rychlé tvorby černých veleděr v raném vesmíru mi tak přišla pozoruhodná. Působí velmi přirozeně, že by mnoho středně hmotných černých děr mělo obíhat v nejvnitřnější oblasti Mléčné dráhy a jí podobných galaxií. V eliptických galaxiích již k tvorbě těchto černých děr takovýmto způsobem nedochází, protože se v nich již netvoří hvězdokupy obsahující hmotné hvězdy.“ Sergij Mazurenko, student fyziky na Univerzitě v Bonnu a třetí autor této práce, prohlašuje: „Pracoval jsem na modelu tvorby černých veleděr zformulovaném Pavlem Kroupou a jeho spolupracovníky, když mě Pavel oslovil s dotazem, zda bych mohl tento model rychle aplikovat na myšlenky Jaroslava Haase. Mé výpočty krásně potvrdily Jaroslavovy první odhady.“
Pokud je tato teorie správná, Mléčná dráha by v současnosti mohla obsahovat desítky středně hmotných černých děr v okruhu asi 600 světelných let od své centrální černé veledíry. Pozoruhodné je, že již dříve bylo nalezeno 5 takových kandidátů pomocí pozorování pohybů hvězd a plynu kolem nich. Nově publikovaná studie tak přináší zcela nové pochopení dramatických procesů probíhajících v nejvnitřnějších oblastech galaxií podobných naší Mléčné dráze. Jaroslav Haas uzavírá: „Očekáváme využití nových pozorovacích metod, které prověří nyní známé kandidáty na středně hmotné černé díry. A k upřesnění těchto myšlenek budou potřeba nové, realističtější simulace vývoje masivních hvězdokup obíhajících kolem středu naší Mléčné dráhy, včetně tamního hustého plynného prostředí.“ Pavel Kroupa dodává: „Otevírají se nové zajímavé pozorovací a výpočetní projekty pro studenty a mladé výzkumníky.“
Intermediate-mass black hole incubators. Gas accretion onto stellar black hole clusters in galactic central molecular zones
J. Haas, P. Kroupa, S. Mazurenko
A&A, 705 (2026) L15
DOI: 10.1051/0004–6361/202557595
Tisková zpráva MFF UK
Pozvánka
Matfyz zve všechny zájemce o současnou fyziku i fanoušky zajímavých a zábavných experimentů na tradiční Jeden den s fyzikou. Akce letos proběhne 12. února v areálech Matfyzu na Karlově (dopoledne) a v Troji (odpoledne). Přednášky z aktuálních oblastí fyziky doplní exkurze na zajímavá pracoviště, kde můžete současného špičkového výzkumu doslova dotknout. Podrobnosti na https://www.mff.cuni.cz/cs/verejnost/informacni-dny/jeden-den-s-fyzikou/2026.
