Monstra nebo tvůrci: Byly černé díry architekty galaxií?

Vzácná shoda okolností může způsobit, že sloučení černé díry vytvoří záblesk světla, který by se normálně nevyskytoval. Nyní mají vědci podrobný popis těchto okolností a zároveň doufají, že se podobná událost může v budoucnu opakovat a o záhadných vesmírných příšerách mnohé napoví.

Diskutujte o tématu

Když se dvě obíhající černé díry spojí, vesmírem otřásají silné gravitační vlny. Tyto vibrace ve vesmíru jsou tak silné, že je mohou zachytit moderní, nepříliš citlivé detektory gravitačních vln umístěné na Zemi.

INZERCE – POKRAČOVÁNÍ NÍŽE

Přitažlivost černých děr je obrovská. Žádné předměty, včetně světelných fotonů, nemohou opustit lůno vesmírných monster. Proto se černé díry spojují v absolutní tmě. Hvězdy jsou méně „plaché“ a vyzařují světlo, když zmizí v propasti černé díry. Teoreticky existují okolnosti, za kterých jsou takové záblesky emitovány samotnými absorbéry hmoty.

Ve středu mnoha galaxií je aktivní jádro – supermasivní černá díra. Kolem ní se točí obří disk hmoty. V tomto víru hmoty, který je odsouzen k tomu, aby jednoho dne zažil intimitu s nenasytnou „královnou plesu“, tančí i jiné černé díry menších hmotností a velikostí. Pokud se dva z nich rozhodnou spojit do páru a následně splynout v jeden, nebudou se moci před přítomnými na smrtícím „plesu“ schovat.

INZERCE – POKRAČOVÁNÍ NÍŽE

Hmota, která je narušena aktem náhlé fúze přímo na „parketu“, na to okamžitě upozorní celý Vesmír – vydá elektromagnetický záblesk. Loni se vědcům podařilo vystopovat podobný kus kosmického „drbu“. 21. května 2019 byla zaznamenána událost S190521g – sloučení dvou černých děr obíhajících kolem supermasivní černé díry. Astronomy na to upozornil detektor gravitačních vln LIGO.

O několik měsíců později vědci běžně kontrolovali data z jiného detektoru, ZTF, který denně skenuje oblohu v optickém rozsahu a hledá události, jejichž jas se rychle mění. To, co vědci viděli, je přimělo předložit hypotézu a publikovat ji ve Physical Review Letters.

INZERCE – POKRAČOVÁNÍ NÍŽE

Datový soubor ZTF obsahoval snímky jasného záblesku světla, který po měsíci pohasl. Překvapivý však nebyl samotný jev, ale skutečnost, že k výbuchu došlo asi týden po sloučení černých děr S190521g. Týden je přesně doba, za kterou plyn obklopující supermasivní černou díru zažije účinky sloučení černých děr. Shoda časových intervalů přesvědčila astronomy, že našli podmínky, za kterých je splynutí černých děr doprovázeno emisí světla.

Bohužel se nepodařilo rozložit přijaté světlo na spektrum a získat další důkazy, že pocházelo z místa sloučení černých děr: záblesk byl detekován příliš pozdě. Vědci se domnívají, že nově zrozená černá díra si během několika příštích let najde nového „partnera“ a vyvolá výbuch, který bude pečlivěji sledován, aby se tentokrát teorie potvrdila.

Online publikace TechInsider
Zakladatel Fashion Press LLC: 119435, Moskva, Bolshoy Savvinsky per., 12, budova 6, patro 3, místnost II;
Adresa redakce: 119435, Moskva, Bolshoi Savvinsky lane, 12, budova 6, patro 3, místnost II;
Šéfredaktor: Nikita Aleksandrovich Vasilenok
Redakční e-mailová adresa: [email protected]
Telefonní číslo redakce: +7 (495) 252-09-99
Označení informačních produktů: 16+
Online publikace je registrována Federální službou pro dohled nad komunikacemi, informačními technologiemi a hromadnými komunikacemi, registrační číslo a datum rozhodnutí o registraci: EL řada č. FS 77 – 84123 ze dne 09. listopadu 2022.

© 2007 — 2025 Fashion Press LLC
Při zveřejňování materiálů na Stránkách uděluje Uživatel společnosti Fashion Press LLC bezplatně nevýhradní práva k používání, reprodukování, distribuci, vytváření odvozených děl, jakož i k zobrazování materiálů a jejich zpřístupňování veřejnosti.

Astrofyzici se nikdy neunaví dohadovat se o tom, kdy a jak se supermasivní černé díry objevily. Jedna věc je jistá: objevily se v galaxiích a kvůli galaxiím. Ale co když samotné galaxie jsou produktem černých děr? Přesně tak mohly vzniknout „nemožné“ galaxie, které vědce zmátly.

Centrální černá díra by mohla změnit osud galaxie (umělcovo ztvárnění) / © NASA / JPL-Caltech

Teleskop Jamese Webba nahlíží do minulosti vesmíru a vidí nečekaně zralé galaxie s mnoha hvězdami. Jak se jim podařilo zformovat za pouhých pár set milionů let po velkém třesku? Autoři nové studie, publikované v autoritativním Astrophysical Journal Letters, věří, že našli odpověď na tuto otázku.

Výzkumníci označili supermasivní černé díry (SMBH) za architekty galaxií a velkovýrobce hvězd. Pravda, hned se nabízí otázka, jak se samotné černé díry podařilo zformovat. Je možné, že abychom na ni mohli odpovědět, budeme muset něco „vyladit“ v nejzákladnějších principech kosmologie – vědě o původu a vývoji vesmíru.

<strong>Před úsvitem</strong>

Předpokládá se, že bezprostředně po velkém třesku byla hmota rozložena po celém prostoru téměř rovnoměrně. V každém případě mnohem rovnoměrněji než nyní, kdy poměrně husté galaxie oddělují obrovské pouštní propasti. Ale klíčové slovo je zde „téměř“. Vznik galaxií začal z primárních nehomogenit semen. Tam, kde byla hustota o něco vyšší, byla také větší gravitace. Tato centra přitažlivosti přitahovala hmotu k sobě, což přitažlivost ještě více zesílilo, a tak dále. Toto je důležitý případ pozitivní zpětné vazby – koncept, který budeme později potřebovat!

Tak vznikla obrovská protogalaktická mračna temné hmoty a prvotního plynu (vodík smíchaný s heliem). V každém bodě oblaku se přitažlivé síly všech okolních hmot hmoty sečetly. Tato kombinovaná gravitace byla nejsilnější ve středu protogalaxie. To je místo, kde se unášely obrovské masy plynu. Tento pohyb byl podobný přívalu vodních proudů na dno plavidla. Jen místo zemské gravitace zde působila kombinovaná gravitace celé protogalaxie.

V hlubinách těchto kolosálních mraků gravitace také stáhla hmotu do hrudek a zesílila malé náhodné nehomogenity. Tak vznikly hvězdy z prvotního plynu.

Vidět nemožné: Jak James Webb přepisuje historii vesmíru

Proud výsledků z vesmírné observatoře Jamese Webba vědce stále více zaráží. Dalekohled zaznamenává mnoho starověkých masivních galaxií, které podle moderních představ ani nestály za vidění.

Výzkumníci udělali malý, ale velmi důležitý doplněk k tomuto standardnímu scénáři. Navrhli, že supermasivní černé díry se vytvořily velmi brzy v centrech protogalaxií. Možná, říkají autoři, se to stalo jen desítky milionů let po velkém třesku, než se objevily první hvězdy. Supermasivní černé díry se nacházejí téměř ve všech velkých galaxiích, ale obecně se nepovažuje za tak staré.

<strong>Horká srdce</strong>

Chování SMBH je astronomům dobře známé. Jakákoli hmota, která se dostane příliš blízko k černé díře, je zachycena její gravitací a dostane se na oběžnou dráhu kolem „predátora“. Černá díra tak získává kolem ní rotující oblak hmoty ve tvaru disku – akreční disk. Každá vrstva disku se otáčí svou vlastní rychlostí: čím blíže k černé díře, tím rychleji. Na samotném horizontu událostí – na „povrchu bez návratu“ černé díry, odkud není cesty zpět – je tato rychlost srovnatelná s rychlostí světla.

Protože sousední vrstvy mají různé rychlosti, dochází v místě jejich kontaktu ke tření. A protože je tato rychlost velmi vysoká, tření je monstrózní. Zahřeje látku na stovky milionů stupňů. To je desetkrát teplejší než střed Slunce. V takovém žáru nemohou existovat ani atomy: rozpadají se na jádra a elektrony a hmota se mění v plazmu. Každý kilogram, který spadne do této ďábelské pece, vyzařuje obrovskou energii. Je to asi 10 procent mc 2, teoretická hranice toho, co lze z hmoty vymáčknout. Jedná se o desítkykrát účinnější „generátor“ než termonukleární reakce v hlubinách hvězd.

Navíc třecí toky plynu ztrácejí krouticí moment. Uzavřené oběžné dráhy se mění ve spirálu. Spodní část disku se postupně propadá do černé díry. Většina horkého diskovitého oblaku je však nad horizontem událostí, takže do okolního prostoru vysílá proudy záření. Paradoxně i část hmoty je vymrštěna z akrečního disku. Faktem je, že v plazmovém oblaku vznikají obrovská elektromagnetická pole, která mění disk v grandiózní urychlovač částic. Vystřelují výtrysky částic rychlostí blízkou světla a ani gravitace centrální černé díry je nedokáže zadržet.

Toto je klasický obrázek práce kvasarů – nejsilnějších zdrojů záření ve vesmíru. V menším měřítku probíhají stejné procesy v jádrech mnoha galaxií. I černá díra ve středu Mléčné dráhy, vážící „jen“ čtyři miliony sluncí, má svůj vlastní akreční disk. Naštěstí pro nás je malý a vydává poměrně málo světla. Pokud by jádro Galaxie bylo aktivnější, život na Zemi by byl nemožný kvůli silným tokům záření.

Jak by mohl tak rozšířený a dobře prostudovaný fenomén změnit naše chápání formování galaxií?

<strong>Polojasno</strong>

Odpověď je jednoduchá. Podle autorů celé toto osvětlení začalo ve velmi mladých protogalaxích. Dnes je v typické galaxii hmotnost hvězd srovnatelná s hmotností mezihvězdného plynu, ale tehdy nebyly hvězdy vůbec žádné nebo jen velmi málo. Téměř veškerá hmota, která se později stala hvězdami, existovala jako plyn. To znamená, že kolem černé díry bylo mnohem více plynu než v moderní zralé galaxii a dokonce než v nejstarších známých kvasarech.

Taková blízkost nemohla zůstat bez následků pro oblaka plynu. Silné proudy záření a nabité částice emitované akrečním diskem narážely do okolního plynu. Trhaly a trhaly mraky, což způsobilo, že hmota doslova bublala (z vědeckého hlediska vytvářela turbulentní proudění).

Jaký byl další osud tohoto rozvířeného plynu? Tady začíná zábava. I když toho bylo hodně, zrodily se z toho hvězdy. Navíc se rodili hurikánovým a stále se zrychlujícím tempem.

Díry v obraze světa: odkud pocházejí nejpodivnější objekty ve vesmíru

Černé díry vzrušují představivost. Dokonalé pasti, ze kterých nemůže uniknout ani světlo. Příšery schopné roztrhat hvězdu a přetvořit osud galaxie. Noční můra intuice, dělání.