Sciencemag.cz
Doporučujeme
V některých oblastech vesmíru možná černé díry právě trhají na kusy tisíce hvězd, jejich zbytky pak pohlcují a zvyšují tím svou hmotnost. Objev, učiněný pomocí rentgenové observatoře NASA Chandra, by mohl pomoci zodpovědět řadu otázek spojených s černými dírami střední velikosti; tato kategorie objektů pro nás byla dosud celkem záhadná.
Malé černé díry obvykle váží 5 až 30násobek hmotnosti Slunce. Na druhém konci spektra se nacházejí supermasivní černé díry, které sídlí uprostřed většiny velkých galaxií; ty mají hmotnosti v milionech nebo i miliardách Sluncí. V posledních letech se objevily také důkazy o tom, že existuje třída černých děr středních hmotností – přibližně 100-100 000násobek hmotnosti Slunce.
Nejnovější studie, která využívá data z družice Chandra z hustých hvězdokup v centrech 108 galaxií, přináší informace o tom, kde by tyto černé díry střední hmotnosti mohly vznikat a jak rostou. Data byla získána pomocí analýzy signatur v rentgenové oblasti spektra. Odpověď zní, že střední černé díry rostou z těch malých („hvězdné hmotnosti“) velmi rychle – s tím, jak trhají a pohlcují okolní hvězdy. Destrukci hvězd v tak velkém měřítku astronomové dosud nikdy nezaznamenali.
Zkoumané tzv. jaderné hvězdokupy se nacházejí v centru většiny malých nebo málo hmotných galaxií a jsou, co se výskytu hvězd týče, nejhustším známým prostředím. Přítomnost černých děr v jaderných hvězdokupách zjistily již předcházející výzkumy.
„Když se hvězdy nacházejí tak blízko u sebe, jako je tomu v pozorovaných extrémně hustých hvězdokupách, poskytuje to živnou půdu pro vznik černých děr střední hmotnosti,“ uvedla Vivienne Baldassare z Washington State University v Pullmanu, která studii vedla. „Zdá se, že čím je hvězdokupa hustší, s tím větší pravděpodobnější se v ní nachází taková rychle rostoucí černá díra.“
Z teoretické práce týmu vědců dále vyplývá, že pokud je hustota hvězd ve hvězdokupě vyšší než určitá prahová hodnota, černá díra s hvězdnou hmotností v centru hvězdokupy projde rychlým růstem, protože vtahuje, drtí a pohlcuje četné hvězdy v těsném blízkosti. V nových hvězdokupách zahrnutých do studie byla u těch s hustotou nad prahovou hodnotou přibližně dvakrát vyšší pravděpodobnost, že budou obsahovat rostoucí černou díru, než u těch s hustotou pod touto prahovou hodnotou. Prahová hodnota hustoty ovšem závisí také na tom, jak rychle se hvězdy ve hvězdokupách pohybují.
Středně velké černé díry (respektive budoucí středně velké černé díry) mohou rychle zkonzumovat tisíce nebo i desetitisíce hvězd a proces začne zpomalovat až spolu s tím, jak se zásoba dostupných hvězd začne vyčerpávat.
Mezi další způsoby, jak by podle vědců mohly vznikat větší černé díry, patří zhroucení gigantického oblaku plynu a prachu (tak by mohly vznikat i obří černé díry v centrech galaxií) nebo kolaps příliš velkých hvězd přímo do středně velké černé díry. Jenže oba tyto procesy zřejmě vyžadují podmínky, které existovaly pouze v prvních několika stovkách milionů let po velkém třesku, především větší hustotu hmoty (vzhledem k tomu, že samotný vesmír byl menší). Proces popsaný v nejnovější studii může naproti tomu probíhat kdykoliv a dochází k němu i dnes.
Růst černých děr v hustých hvězdokupách by také mohl vysvětlit to, že observatoř LIGO zaznamenává gravitační vlny z fúze černých děr o hmotnostech 50 až 100 Sluncí, které podle většiny modelů nemohou vznikat přímo kolapsem současných hvězd. Jde zřejmě o středně velké černé díry, které teprve zahájily požírání okolních hvězd.
Vivienne F. Baldassare et al, Massive black hole formation in dense stellar environments: Enhanced X-ray detection rates in high velocity dispersion nuclear star clusters. arXiv:2203.02517 [astro-ph.HE] arxiv.org/abs/2203.02517
Zdroj: Chandra X-ray Center / Washington State University / Phys.org
