Sciencemag.cz
Doporučujeme
Superhmotné černé díry najdeme v centrech prakticky všech galaxií, i těch vzdálených, pocházejících tedy z raného vesmíru a ještě mladých. Z toho lze odvozovat, že existují již na samém počátku vývoje galaxie, možná dokonce fungují jako krystalizační centrum, kolem něhož se pak samotná galaxie formuje.
Jenže jak tyto objekty vlastně vznikají? Jednou z možností je samozřejmě vývoj černé díry z hvězdy, pro daný scénář nejspíš hmotné, která má krátkou životnost. Nicméně takto se vytvoří dejme tomu černá díra o hmotnosti cca 100 Sluncí (nejhmotnější známá hvězda má hmotnost řádově stovky Sluncí, část hmoty je vyvržena při explozi supernovy atd.), která pak musí vyrůst. Druhý model předpokládá, že černá díra vznikla už jako mnohem větší objekt, s počáteční hmotností dejme tomu 100 000 Sluncí nebo více. A to ne kolapsem hvězdy, ale nějaké rozsáhlejší oblasti mezihvězdného plynu apod.
Druhý model by vysvětloval, proč i v mladých galaxiích pozorujeme černé díry obří hmotnosti. Na druhé straně je zde ale jiný problém: Jak se hmota hroutí a vytváří černou díru, také se zahřívá a následkem toho generované záření působí jako tlak proti gravitaci (tento proces popisuje Eddingtonova rychlost akrece/Eddingtonova mez). Gravitace nakonec zvítězí, ale trvá to delší dobu. Rozhodnout mezi oběma modely nakonec mohou nejspíš pouze empirická data.
V nové studii tým astronomů nalezl ranou černou díru tak hmotnou, že podporuje model vzniku bez hvězdy, respektive rovnou v podobě s velkou hmotností (model heavy seed). Jedná se o kvasar UHZ1. Hmotnost černé díry lze v případě kvasaru odvodit z jeho svítivosti. Na základě jasnosti UHZ1 lze přitom usuzovat, že má hmotnost asi 40 milionů Sluncí, možná až 70 milionů. Tento kvasar má rudý posuv (z ~ 10,3), z jehož hodnoty vyplývá, že ho pozorujeme v době, kdy byl vesmír starý pouhých 400 milionů let; tedy na konci temného období, kdy se teprve začínaly formovat první hvězdy.
Závěr zní, že černá díra UHZ1 tedy dokázala získat velkou hmotnost velmi rychle, tudíž sotva postupným růstem, fúzí černých děr s hvězdnou hmotností nebo lapáním samotných hvězd či ještě menších kousků hmoty. Autoři studie prozatím publikované pouze na arXiv opatrně dodávají, že z jednoho příkladu superhmotné černé díry v raném vesmíru bychom neměli dělat dalekosáhlé závěry. Má jít nicméně o dosud nejlepší podpůrný argument pro model vzniku černých děr v jádru galaxií už v podobě superhmotných objektů.
Priyamvada Natarajan et al, First Detection of an Over-Massive Black Hole Galaxy: UHZ1—Evidence for Heavy Black Hole Seeds From Direct Collapse?, arXiv (2023). DOI: 10.48550/arxiv.2308.02654
Zdroj: Brian Koberlein: Could this supermassive black hole only have formed by direct collapse? Universe Today/Phys.org a další
