Super masivní černé díry (SMBH) je obtížné vysvětlit. Tyto Gargantuanovy singularity jsou považovány za střed každé velké galaxie (naše Mléčná dráha má jednu), ale jejich přítomnost zde někdy brání snadnému vysvětlení. Pokud víme, vznikají černé díry, když se obří hvězdy zhroutí. Ale toto vysvětlení neodpovídá všem důkazům.
Teorie hvězdného zhroucení vysvětluje většinu černých děr. V této teorii začíná hvězda, která je nejméně pětkrát hmotnější než naše Slunce, vyčerpávat palivo na konci své životnosti. Protože vnější tlak jaderné fúze hvězdy je tím, co ji podporuje proti vnitřní gravitaci z vlastní hmoty, musí něco dát, když dojde palivo.
Hvězda prochází výbuchem hypernovy a poté se zhroutí na sebe. Zbývá černá díra. Astrofyzici si myslí, že SMBH začínají tímto způsobem a rostou do svých obrovských rozměrů tím, že v podstatě „krmí“ jinou hmotu. Otevírají se ve velikosti a sedí ve středu své gravitace jako pavouk vykrmující se uprostřed jeho sítě.
Problém s tímto vysvětlením je v tom, že to trvá dlouho.
Venku ve vesmíru vědci pozorovali starodávné SMBH. V březnu tohoto roku skupina astronomů oznámila objev 83 SMBH, které jsou tak staré, že vzdorovaly našemu porozumění. V roce 2017 astronomové objevili 800 miliónů černých děr solární hmoty, která byla plně vytvořena až 690 milionů let po Velkém třesku. Vznikly v dřívějších dobách vesmíru, než byl čas vyrůst v jejich superhmotné formy.
Mnohé z těchto SMBH jsou miliardykrát masivnější než Slunce. Jsou v tak vysokých červených směnách, že se museli vytvořit za prvních 800 milionů let po Velkém třesku. Ale to není dost času, aby je model hvězdného kolapsu vysvětlil. Otázka, kterým čelí astrofyzici, zní: Jak se tyto černé díry za tak málo času staly tak velkými?
Dvojice vědců z Western University v kanadském Ontariu si myslí, že na to přišli. Mají novou teorii nazvanou „přímý kolaps“, která vysvětluje tyto neuvěřitelně starověké SMBH.
Jejich článek je nazván „Hromadná funkce nadpřirozených černých děr ve scénáři přímého kolapsu“ a je publikován v Astrophysical Journal Letters. Autory jsou Shantanu Basu a Arpan Das. Basu je uznávaným odborníkem v raných stádiích tvorby hvězd a protoplanetárního vývoje disků. Je také profesorem astronomie na Western University. Das pochází také z Katedry fyziky a astronomie společnosti Western.
Jejich teorie přímého kolapsu říká, že staré superhmotné černé díry se vytvářely velmi rychle ve velmi krátkých časových obdobích. Potom najednou přestali růst. Vyvinuli nový matematický model, který vysvětluje tyto rychle se formující, staré černé díry. Říká se, že Eddingtonův limit, který je rovnováhou mezi vnější radiační silou hvězdy a vnitřní gravitační silou, hraje roli.
V těchto černých děrách s přímým kolapsem Eddingtonův limit reguluje hromadný růst a vědci říkají, že tyto staré černé díry mohou tento limit dokonce překročit o malé množství, což nazývají super-Eddingtonova přírůstek. Poté, kvůli záření produkovanému jinými hvězdami a černými dírami, se jejich výroba zastavila.
"Supermasivní černé díry měly jen krátkou dobu, kdy byly schopny rychle růst a poté v určitém okamžiku, kvůli veškerému záření ve vesmíru vytvořeném jinými černými dírami a hvězdami, se jejich výroba zastavila," vysvětluje Basu v tisková zpráva. "To je scénář přímého kolapsu."
"To je nepřímý pozorovací důkaz, že černé díry pocházejí z přímých kolapsů a ne ze hvězdných zbytků," řekl Basu.
Tato nová teorie poskytuje účinné vysvětlení toho, co bylo v astronomii po nějakou dobu problematické. Basu věří, že tyto nové výsledky mohou být použity s budoucími pozorováními k odvození historie formování extrémně masivních černých děr, které v našem vesmíru existují velmi brzy.
Zdroje:
- Tisková zpráva: Výzkumníci osvětlují původ černé díry
- Výzkumný článek: Hromadná funkce nadměrných černých děr ve scénáři přímého kolapsu
- Space Magazine: Příliš velký, příliš brzy. Monster Black Hole, krátce po velkém třesku
- Princetonská univerzita: Astronomové objevují 83 superhmotných černých děr v ranném vesmíru
- Wikipedia: Eddington Luminosity (Limit)
