Sciencemag.cz
Related Articles
Co vzniklo dříve, galaxie, nebo černá díra v jejím středu? Jistě to nevíme, ale logika říká, že to měla být galaxie: velké hvězdy s krátkou dobou života v existující galaxii spotřebují své palivo a zhroutí se, čímž vytvoří černé díry, které budou pohlcovat okolní hmotu a postupem času se spojovat do ještě hmotnějších útvarů.
Je však těžké pochopit, jak černé díry s hmotností milionkrát až miliardkrát větší než Slunce, jichž byly raném vesmíru již detekovány tisíce, mohly z tak malých zárodků vyrůst tak rychle.
Nyní výzkumníci pomocí Vesmírného dalekohledu Jamese Webba objevili jasné důkazy o tom, že některé supermasivní černé díry byly obrovské již od počátku, vznikly bez fáze kolapsu hvězdy a bez výrazně hmotnější hostitelské galaxie, která by živila jejich růst.
„Jde o změnu paradigmatu, úplné přehodnocení klasických scénářů toho, jak se černé díry tvoří a rostou,“ uvádí spoluautor dvou nových studií Roberto Maiolino z Univerzity v Cambridge.
Závěr vychází z podrobných pozorování Abell2744-QSO1 (QSO1), „malé červené tečky“, která existovala pouhých 700 milionů let po velkém třesku. Ačkoli má objekt QSO1 průměr pouhých 1 300 světelných let a jeho světlo putuje vesmírem již více než 13 miliard let, je jeho studium snazší než u většiny ostatních malých červených teček, protože světlo je gravitačně ohýbáno kupou galaxií Abell 2744 (Pandora). Objekt QSO1 je tak zvětšen a navíc zobrazen trojnásobně; na obloze se objevuje na třech různých místech.
Počáteční studie QSO1 odhalily přesvědčivé důkazy o tom, že se může jednat o oblak zářícího vodíku a helia obíhající kolem supermasivní černé díry, jejíž hmotnost se odhaduje na 40 milionů Sluncí. Stejně jako u jiných raných černých děr objevených Webbovým dalekohledem však panovala nejistota, zda je skutečně tak hmotná.
Vědci si uvědomili, že v případě předpokládané hmotnosti by mělo být možné pomocí zařízení IFU na Webbově spektrografu NIRSpec sledovat účinky gravitace černé díry na okolní vířící plyn a zároveň mapovat rozložení různých prvků v tomto plynu.
Ukázalo se, že plyn obíhá kolem centrálního bodu stejným způsobem („keplerovsky“) jako planety kolem Slunce. Z toho vyplynulo, že většina hmoty QSO1 je soustředěna v černé díře v centru. Jelikož keplerovský pohyb se řídí jednoduchými gravitačními zákony, tým mohl pomocí měření rychlosti plynu přímo vypočítat hmotnost černé díry. Zjistili, že černá díra je nejen obrovská – má přibližně 50 milionů hmotností Slunce – ale tvoří minimálně dvě třetiny celkové hmotnosti QSO1. Tento podíl je tisíckrát větší než v sousedních galaxiích, kde supermasivní centrální černé díry tvoří jen nepatrný zlomek celkové hmotnosti hostitelské galaxie.
Mapy složení získané pomocí IFU tyto výsledky potvrdily a ukázaly, že plyn v celém QSO1 tvoří téměř výhradně vodík a helium, přičemž těžších prvků, jako je kyslík, které by se daly očekávat v galaxii bohaté na hvězdy a hvězdný prach, je zde jen velmi málo.
Obrovská hmotnost QSO1 v porovnání s jeho hostitelskou galaxií naznačuje, že se nemohla postupně vytvořit spojením a pohlcováním mnohem menších černých děr o hmotnosti hvězd. Jedná se tak o důkaz existence primordiálních černých děr nebo černých děr vzniklých přímým kolapsem.
Ať už se černá díra QSO1 vyvinula z „těžkého semene“, které vzniklo během první sekundy velkého třesku, nebo o něco později kolapsem obřího oblaku plynu, téměř jistě se zrodila už jako velká. Vědci stojící za oběma studiemi se domnívají, že „malé červené tečky“ jako QSO1 nemohly být v raném vesmíru vzácné, a v současné době analyzuje podobné objekty.
Ignas Juodžbalis et al, A direct black-hole mass measurement in a little red dot at high redshift, Nature (2026). DOI: 10.1038/s41586-026-10579-4
Roberto Maiolino et al, A black hole in a near pristine galaxy 700 Myr after the big bang, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2026). DOI: 10.1093/mnras/staf2109
Zdroj: NASA / Phys.org, přeloženo / zkráceno
