Prachové akreční disky kolem supermasivních černých děr mohou být tajnými továrnami na planety

Astronomové z New Mexico State University, Nicolaus Copernicus Astronomical Center a CUNY Borough of Manhattan Community College navrhují, že na prach bohaté toroidy obklopující aktivní galaktická jádra (AGN) – energetická jádra galaxií poháněná supermasivními černými dírami – se chovají podobně jako protoplanetární disky, v nichž vznikají planety kolem mladých hvězd.

„Planety se tvoří v discích plynu a prachu obklopujících mladé hvězdy,“ řekl astrofyzik Wladimir Lyra z New Mexico State University a jeho kolegové. „Objevilo se však další a lákavé prostředí pro vznik planet: disky obklopující AGN.“

„V posledních letech byly nalezeny významné analogie mezi fyzikálními procesy v cirkumstelárních discích a v discích kolem AGN. Tyto analogie naznačují, že mechanismy tradičně spojované s formováním planet mohou fungovat i v extrémnějších prostředích disků kolem supermasivních černých děr.“

Pomocí počítačového modelování silně zmagnetizovaného disku AGN vědci zjistili, že prachová zrna o průměru od několika nanometrů do zlomku milimetru, unášená z mezihvězdného prostředí, se mohou spojovat a spustit proces zvaný streamingová nestabilita.

Tento mechanismus koncentruje prach do hustých vláken, která se pod vlivem vlastní gravitace hroutí a vytvářejí tak zárodky objektů od těles hmotnosti Země až po superjupitery a v některých případech i objektů na hranici spalování vodíku, což je prahová hodnota, při které je objekt dostatečně hmotný na to, aby se stal hvězdou.

Vědci odhadují, že takové disky by mohly hostit řádově desítky milionů objektů planetární hmotnosti, přičemž akrece oblázků a akrece plynu by vedly k neustálému růstu během zhruba 1 až 10 milionů let životnosti epizody aktivního galaktického pole.

„Nacházíme objekty, které mají tisíckrát větší hmotnost než Země, ale jsou tvořeny čistým prachem,“ řekl Wladimir Lyra. „A nejen to, některé z těchto objektů se také blíží hmotnosti Slunce.“

„Přišli jsme s hypotézou, že černé díry s nízkou hmotností obíhající kolem disku supermasivních černých děr by se chovaly stejně jako planetární embrya, protoplanety obíhající kolem Slunce. Migrovaly by, měnily by svou oběžnou dráhu, srážely by se s jinými protoplanetami a vytvářely by větší objekty. To je úplně jiný způsob vzniku těžkých černých děr než cokoliv jiného ve vesmíru. Tuto myšlenku jsme rozpracovali do plnohodnotné teorie. Je známá jako ‚cesta AGN‘ a nashromáždila přesvědčivé pozorovací důkazy.“

Protože tento růst může některé objekty v discích AGN posunout za hranici spalování vodíku, představuje tento mechanismus novou cestu pro vznik hvězd.

„Toto je mechanismus vzniku hvězd, který jsme objevili poprvé,“ dodává Lyra. „Hvězdy se obvykle tvoří způsobem, kterému říkáme gravitační kolaps. Je to shora dolů. Vytvoříte plyn, máte tento velký oblak plynu, je příliš hustý, takže se zhroutí pod svou vlastní vahou. Normálně začnete s něčím velkým a to se zhroutí a vytvoří hvězdu. Náš mechanismus je opačný. Vzniká zdola nahoru. Nejprve se vytvoří stavební bloky, poté se nahromadí plyn a pak, bum, vznikne hvězda.“

Tyto nově vzniklé hvězdy by se samy mohly zhroutit do černých děr a potenciálně sloučit s těžkými černými dírami, které by mohly být detekovány budoucími observatořemi gravitačních vln, jako je například kosmická anténa LISA (Laser Interferometer Space Antenna) Evropské kosmické agentury ESA, jejíž start se očekává v polovině 30. let 21. století.

„Tyto černé díry jsou obrovské,“ řekl Bhupendra Mishra ze Santa Fe Preparatory School. „Jsou stokrát nebo tisíckrát větší než Slunce a pokud se začnou pohybovat směrem ke středu, vyprodukují také signál, který pravděpodobně detekuje LISA, což je signál gravitační vlny.“

Studie byla publikována v časopise Astrophysical Journal.

Zdroj: https://www.sci.news/astronomy/supermassive-black-hole-planets-14991.html

autor: František Martinek