Sciencemag.cz
Doporučujeme
Ukazuje se, že vůbec první černé díry, které se pravděpodobně zformovaly díky gravitačnímu kolapsu prvních hvězd, musely narůst velmi rychle, aby již v době 900 milionů let po velkém třesku dosáhly hmotností až miliard Sluncí.
Pomocí dalekohledu ESO/VLT astronomové objevili šestici galaxií ležících v okolí superhmotné černé díry. Uskupení se nachází velmi daleko a pozorujeme ho tak, jak vypadlo v době, kdy byl vesmír méně než miliardu let starý. Vůbec poprvé se podařilo spatřit podobně kompaktní skupinu v tak rané fázi vývoje vesmíru. Objev astrofyzikům pomůže lépe pochopit procesy, které vedly k rychlému vzniku superhmotných černých děr a jejich dalšímu růstu do enormních rozměrů. Získaná pozorování podporují teorii, že tyto extrémní objekty velmi rychle přibývají na váze uvnitř rozsáhlých struktur obsahujících značné množství plynu, které strukturou připomínají pavučinu.
„Tento výzkum jsme prováděli především ve snaze pochopit jedny z nejtajemnějších astronomických objektů – superhmotné černé díry v mladém vesmíru. Jedná se o extrémní systémy a v současnosti stále nemáme dobré vysvětlení jejich existence,“ říká astronom Marco Mignoli (INAF, National Institute for Astrophysics, Bologna, Itálie), vedoucí autor nové studie, jejíž výsledky byly publikovány ve vědeckém časopise Astronomy & Astrophysics.
Pozorování provedená pomocí dalekohledu ESO/VLT (Very Large Telescope) odhalila několik galaxií ležících v blízkosti superhmotné černé díry obklopených kosmickou ‚pavučinou‘ plynu, která sahá do vzdálenosti 300krát větší, než je rozměr naší Galaxie. „Filamenty kosmické pavučiny připomínají vlákna pavoučí sítě,“ vysvětluje Marco Mignoli. „Galaxie se nacházejí a rostou v průsečících těchto vláken a plyn – který slouží jako materiál pro růst galaxií i centrální černé díry – může proudit podél nich.“
Světlo od této rozsáhlé struktury, jejíž centrální černá díra má hmotnost odpovídající miliardě Sluncí, cestovalo až k nám od doby, kdy byl vesmír jen 900 milionů let starý. „Náš výzkum přinesl další důležitý dílek do z velké části nekompletní skládanky – vysvětlení vzniku a rychlého růstu těchto extrémních, ale relativně početných, objektů, které se ve vesmíru vyskytovaly již krátce po velkém třesku,“ doplňuje k superhmotným černým dírám spoluautor práce astronom Roberto Gilli (INAF, Bologna, Itálie).
Vědci si myslí, že vůbec první černé díry, které se pravděpodobně zformovaly díky gravitačnímu kolapsu prvních hvězd, musely narůst velmi rychle, aby již v době 900 milionů let po velkém třesku dosáhly hmotností až miliard Sluncí. Mají však problém vysvětlit, kde vzít dostatečné množství hmoty, která by byla k dispozici pro jejich další růst do tak enormních velikostí za tak krátkou dobu. Nově objevená struktura nabízí slibné vysvětlení: ‚pavučina‘ a přítomné okolní galaxie obsahují dostatek plynu, aby poskytly materiál, který centrální černá díra potřebuje k tomu, aby se rychle stala superhmotným obrem.
Otázkou ovšem zůstává, jak se zformovaly takto velké pavučinám podobné struktury? Astronomové se domnívají, že klíčem jsou obrovská hala tajemné temné hmoty. Předpokládá se, že rozsáhlé oblasti neviditelné hmoty v raném vesmíru přitahovaly značné množství plynu. Temná hmota a plyn společnými silami utvořily útvary připomínající pavučinu, ve kterých se galaxie a černé díry mohou vyvíjet.
„Naše poznatky podporují představu, že ty nejvzdálenější a nejhmotnější černé díry vznikly a narostly uvnitř rozsáhlých hal temné hmoty obklopujících velkoškálové struktury. Absence starších pozorování těchto útvarů je pravděpodobně důsledkem přístrojových omezení,“ říká spoluautor studie Colin Norman (Johns Hopkins University, Baltimore, US).
Galaxie sledované v rámci tohoto výzkumu patří k nejslabším, jaké jsou dnešní teleskopy schopné zaznamenat. Objev si tak vyžádal několik hodin pozorování těmi největšími dalekohledy současnosti, včetně ESO/VLT na observatoři Paranal v Chile. Pomocí přístrojů MUSE a FORS2 se členům týmu podařilo potvrdit spojitost mezi čtyřmi ze šesti pozorovaných galaxií a černou dírou. „Věříme, že jsme spatřili jen pomyslnou špičku ledovce a že těch pár galaxií, které jsme zatím objevili v okolí této černé díry, jsou pouze ty nejjasnější,“ říká spoluautorka práce astronomka Barbara Balmaverde (INAF, Torino, Itálie).
Tyto výsledky přispívají k našemu chápání procesů vzniku a vývoje superhmotných černých děr a velkoškálové kosmické struktury. Dalekohled ESO/ELT (Extremely Large Telescope), který se v současnosti staví v Chile, bude schopen svými výkonnými přístroji navázat na tento výzkum pozorováním mnoha dalších ještě slabších galaxií ležících v okolí hmotných černých děr v mladém vesmíru.
Výzkum byl prezentován v článku “Web of the giant: Spectroscopic confirmation of a large-scale structure around the z = 6.31 quasar SDSS J1030+0524”, který byl publikován ve vědeckém časopise Astronomy & Astrophysics (doi: 10.1051/0004-6361/202039045).
Temné hmotě je připisována jen co nejmenší nejnutnější role. Je-li však ve vesmíru víc temné hmoty než hmoty běžné, pak by ty rané velké černé díry měly logicky vzniknout z větší části gravitačním kolapsem temné hmoty než hmoty běžné.
Teorie jsou to inspirující. Temná hmota, podle všeho disponuje a podléhá gravitací. Jak to, že se nikde ve vesmíru neobjevují zhluky temné hmoty různých hmotnostních kategoriích ? Tedy např. černé díry v relativně prázdných oblastech s minimem hmotného plynu?