Nová černá díra nemusí plynule pohltit nedaleký plyn - protože může vykopnout většinu plynu v jeho okolí, ukazuje nová studie.
Marcelo Alvarez ze Stanfordské univerzity a jeho kolegové provedli novou superpočítačovou simulaci navrženou ke sledování osudu prvních černých děr ve vesmíru. Zjistili, že na rozdíl od očekávání se mladé černé díry nemohly efektivně vrhnout na blízký plyn.
"První hvězdy byly mnohem hmotnější než většina hvězd, které dnes vidíme, a to stokrát více než naše slunce," řekl John Wise, postdoktorandský kolega z Goddard Space Flight Center NASA v Greenbeltu v Marylandu a jeden z autoři studie. "Poprvé jsme byli schopni podrobně simulovat, co se stane s plynem kolem těchto hvězd před a poté, co vytvoří černé díry."
Intenzivní záření a silné odtoky z těchto masivních hvězd způsobily rozptýlení blízkého plynu. "Tyto hvězdy v podstatě vyčistily většinu plynu v jejich okolí," řekla Wise. Část těchto prvních hvězd neukončila svůj život při velkolepých výbuchech supernov. Místo toho se zhroutili přímo do černých děr.
Černé díry se však zrodily do dutiny s nedostatkem plynu a s malým množstvím plynu, který se živil, rostly velmi pomalu. "Během 200 milionů let naší simulace vzrostla černá díra o 100 solárních hmot o méně než jedno procento její hmotnosti," řekl Alvarez.
Počínaje daty získanými z pozorování kosmického pozadí záření - záblesk světla, ke kterému došlo 380 000 let po velkém třesku, který představuje nejbližší pohled na kosmickou strukturu - vědci aplikovali základní zákony, kterými se řídí interakce hmoty, a povolili jejich model časný vesmír, který se bude vyvíjet. Komplexní simulace zahrnovala hydrodynamiku, chemické reakce, absorpci a emisi záření a tvorbu hvězd.
V simulaci se kosmický plyn pomalu koaguloval pod gravitační silou a nakonec vytvořil první hvězdy. Tyto masivní, horké hvězdy hořely na krátkou dobu jasné a emitovaly tolik energie ve formě hvězdného světla, že vytlačily blízké plynové mraky.
Tyto hvězdy nemohly takovou ohnivou existenci dlouho udržet a brzy vyčerpaly své vnitřní palivo. Jedna z hvězd v simulaci se zhroutila pod svou vlastní hmotností a vytvořila černou díru. S pouhými pramínky plynu byla černá díra v podstatě „hladovělá“ hmotou, na které rostla.
Přesto, přes jeho přísnou stravu, černá díra měla dramatický účinek na jeho okolí. Toto bylo odhaleno prostřednictvím klíčového aspektu simulace zvaného radiační zpětná vazba, která odpovídala způsobu, jakým rentgenové paprsky emitované černou dírou ovlivňovaly vzdálený plyn.
I při stravě vytváří černá díra hojné rentgenové paprsky. Toto záření nejen chránilo blízký plyn před padáním, ale také zahřívalo plyn sto světelných let na několik tisíc stupňů. Horký plyn se nemůže spojit a vytvářet nové hvězdy. "I když černé díry významně nerostou, jejich záření je dostatečně intenzivní, aby zastavilo hvězdnou formaci poblíž desítek a možná i stovek milionů let," řekl Alvarez.
Zdroj: NASA. Studie je uvedena vAstrofyzikální dopisy v časopisech.
