Sciencemag.cz
Doporučujeme
Dnes známe asi 200 kvasarů, které pozorujeme v době asi jen miliardu let po velkém třesku. V jejich středu se (tak jako u všech kvasarů) nacházejí superhmotné černé díry. A to je celkem problém, protože není moc jasné, jak se obří černé díry mohly vytvořit tak rychle.
Daniel Whalen z University of Portsmouth nyní tvrdí, že kvasary se zrodily „v bouřlivých a turbulentních podmínkách vzácných zásobáren plynu v raném vesmíru“ (doslovný překlad průvodní tiskové zprávy).
Již před několika lety simulace provedené na superpočítačích ukázaly, že rané kvasary mohly vznikat na křižovatkách silných proudů chladného plynu. V objemu prostoru o průměru miliardy světelných let existovalo v rámci simulace takových proudů jen tucet, ale to stačilo na to, aby se vytvořila černá díra o hmotnosti 100 000 hmotností Slunce. To je o mnoho řádů víc, než když černé díry vznikají zhroucením vyhořelých hvězd (pak mají hmotnost o jednotkách Sluncí, maximálně desítkách). V případě prvních kvasarů by ale od tak malé počáteční hmotnosti určitě nestačily vyrůst.
Astrofyzikové dříve předpokládali, že v raném vesmíru mohly mít hvězdy i hmotnosti 10 000-100 000 Sluncí. Tyto hvězdy by pak mohly být také zdrojem pro první černé díry/kvasary. Životnost obřích hvězd byla velmi malá, do černých děr se hroutily již za čtvrt milionu let. Zbývá ale minimálně jedna potíž: takové hvězdy by se, pokud vůbec, mohly tvořit jen v exotických, přesně „vyladěných“ prostředích, jako je silné ultrafialové pozadí nebo nadzvukové proudění mezi plynem a temnou hmotou. Tato prostředí se navíc vůbec nepodobají turbulentním mračnům, v nichž nacházíme nejstarší kvasary.
Nový model kombinuje výše uvedené teorie. Tvrdí, že příslušné superhmotné hvězdy mohly vznikat i z chladných hustých proudů plynu, žádné speciální podmínky nebo neobvyklá prostředí přitom nebyly potřeba. V nové simulaci chladné proudy vyvolávaly v oblaku turbulence, které bránily vzniku normálních hvězd, dokud se oblak nestal tak hmotným, že se katastrofálně zhroutil vlastní gravitací a vytvořil dvě gigantické prvotní hvězdy – jednu o hmotnosti 30 000 Sluncí, druhou 40 000. Z těchto hvězd by pak rychle vznikly příslušné černé díry; další propočty vedou k tomu, že několik stovek milionů let by mohlo stačit k utvoření černé díry o hmotnosti až miliardy Sluncí.
To, že kvasary mohly vznikat celkem snadno, by pak vysvětlovalo i to, že jich z raného vesmíru známe tolik.
Superpočítačová simulace vzniku nejstarších kvasaru
Daniel Whalen, Turbulent cold flows gave birth to the first quasars, Nature (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-04813-y. www.nature.com/articles/s41586-022-04813-y
Daniel Whalen et al, Revealing the origin of the first supermassive black holes, Nature (2022). DOI: 10.1038/d41586-022-01560-y, www.nature.com/articles/d41586-022-01560-y
Zdroj: University of Portsmouth / Phys.org
