Nové kosmologické simulace osvětlují růst černých děr v raném vesmíru

Nové nejmodernější kosmologické simulace provedené astronomy z Maynooth University ukazují, že v hustém a turbulentním úsvitu vesmíru by černé díry typu „lehké zárodky“ mohly rychle pohltit okolní hmotu a konkurovat kolosálním černým dírám pozorovaným v centrech raných galaxií.

„Zjistili jsme, že chaotické podmínky, které existovaly v raném vesmíru, spustily vznik raných, menších černé děr, které se po šílenství, které pohltilo materiál všude kolem nich, rozrostly do supermasivních černých děr, které vidíme později,“ řekl Daxal Mehta, doktorand na Maynooth University. „Pomocí nejmodernějších počítačových simulací jsme odhalili, že první generace černých děr – ty, které se zrodily jen několik set milionů let po Velkém třesku – rostly neuvěřitelně rychle, do desítek tisíckrát větších rozměrů než má naše Slunce.“

„Tento průlom odhaluje jednu z velkých astronomických hádanek,“ řekl Lewis Prole, postdoktorandský výzkumník na Maynooth University. „Právě tak se černým dírám zrozeným v raném vesmíru, jak je pozoroval vesmírný dalekohled Jamese Webba (JWST), podařilo tak rychle dosáhnout těchto supermasivních rozměrů.“

Husté, na plyn bohaté prostředí v raných galaxiích umožnilo krátké záblesky „super Eddingtonovy akrece“, což je termín používaný k popisu toho, co se stane, když černá díra „požírá“ hmotu rychleji, než je normální nebo bezpečné. Tak rychle, že by měla svou potravu odfouknout světlem, ale nějak ji i tak stále polyká.

Výsledky poskytly „chybějící článek“ mezi prvními hvězdami a supermasivními černými dírami, které se objevily mnohem později.

„Dříve se předpokládalo, že tyto drobné černé díry jsou příliš malé na to, aby se z nich staly obrovské černé díry pozorované v centrech raných galaxií,“ řekl Mehta. „Zde jsme ukázali, že tyto rané černé díry, ačkoliv jsou malé, jsou schopny za vhodných podmínek růst neuvěřitelně rychle.“

Černé díry se vyskytují v typu „těžké zárodky“ a „lehké zárodky“. Lehké typy zárodků jsou zpočátku relativně malé, maximálně jen asi desetkrát až několik set krát hmotnostnější než Slunce, a odtud musí růst, aby se staly „supermasivními“ – milionkrát hmotnostnější než Slunce. Těžké typy naopak začínají život již mnohem hmotnější, možná až stotisíckrát hmotnostnější než Slunce při svém zrodu.

Až doposud se astronomové domnívali, že k vysvětlení přítomnosti supermasivních černých děr, které se nacházejí v centru většiny velkých galaxií, jsou nutné těžké typy zárodků.

„Nyní si již nejsme tak jistí,“ řekl John Regan, astronom z Maynooth University. „Těžké zárodky jsou poněkud exotičtější a ke svému vzniku mohou potřebovat vzácné podmínky. Naše simulace ukazují, že tyto ‚zahradní‘ hvězdné černé díry mohou v raném vesmíru růst extrémní rychlostí.“

Výzkum mění chápání původu černých děr, ale také zdůrazňuje důležitost simulací s vysokým rozlišením při odhalování nejranějších tajemství vesmíru. „Raný vesmír je mnohem chaotičtější a turbulentnější, než jsme očekávali, s mnohem větší populací masivních černých děr, než jsme také předpokládali,“ řekl John Regan.

Výsledky mají také důsledky pro misi Laser Interferometer Space Antenna (LISA), jejíž start je plánován na rok 2035. „Budoucí pozorování gravitačních vln z této mise by mohla být schopna detekovat fúze těchto drobných, raných, rychle rostoucích černých děr,“ dodává Regan.

Článek o zjištěních byl publikován v časopise Nature Astronomy.

Zdroj: https://www.sci.news/astronomy/black-hole-growth-early-universe-14505.html

autor: František Martinek