Musíme mluvit o temném věku. Ne, nety temné věky po pádu západní římské říše. A musíme mluvit o kosmickém úsvitu: zrození těchto prvních hvězd, bouřlivá epocha, která zcela přetvořila tvář vesmíru do jeho moderní podoby.
Tyto první hvězdy mohly být úplně na rozdíl od všeho, co vidíme v současném vesmíru. A pokud budeme mít štěstí, můžeme být na vrcholu, když je uvidíme poprvé.
Nejdříve musíme nastavit trochu tajemství.
Už všichni víme, jak vznikají černé díry. Obří hvězda, někde severně od osminásobku hmotnosti našeho Slunce, žije svůj krátký, ale předvídatelný život, který vtaví vodík do helia. Poté dojde vodík a začne fúzovat helium. Pak to dojde z hélia a začne spalovat těžší věci, dělat jeho cestu nahoru periodickým stolem, než to udeří do železa. Tavení železa nasává energii místo toho, aby uvolňovalo energii, a tak nic nemůže zastavit hrozný gravitační kolaps hvězdy. Všechno je stlačeno do malého objemu a teď máte černou díru.
V průběhu času se tato černá díra může setkat a spotřebovávat jiné černé díry, nebo jen kojit na okolní mezihvězdný materiál, což neustále zvyšuje hebkost. Při dostatečném čase a dostatečném množství jídla se černá díra může zvětšit, aby se stala obrem - supermasivním obrem. Tato stvoření číhají v srdcích galaxií a snadno naklánějí stupnice na neuvěřitelných miliónů a více hmotností našeho Slunce.
Nový materiál stále upadá - jen proto, že černá díra je gigantická, neznamená, že je hladován - a jak plyn padá do zející čelisti černé díry, komprimuje se a zahřívá se, zářící jasnější než galaxie v hodnotě hvězdy. Tento objekt má několik jmen - kvazar, blazar, aktivní galaktické jádro - ale všechny znamenají to samé: obrovská černá díra jekrmení.
To je vše v pořádku a dobré a mírně děsivé, ale tady je problém. Vidíme kvazary ve velmi vzdáleném vesmíru, což znamená, že vidíme kvazary ve velmi vzdáleném vesmíruMladá vesmír, když to nebylo ani miliardu let (ano, to je pro vesmír mladé). A proces, který jsem právě popsal výše (utváření velkých hvězd, nechat je žít a zemřít, vytvářet černou díru, nechat ji živit se rozměrem chrličů) trvá mnohem déle než miliarda let.
Jak náš vesmír produkoval monstrum černé díry tak rychle?
Pokud se zdá, že obvyklá trasa hvězdy -> černá díra -> v časném vesmíru nefunguje, je na čase zvážit alternativy. Klávesové zkratky. Rychlejší cesty k vytvoření velkých černých děr, které naše pozorování vyžadují. A nejrychlejším způsobem, jak vyrobit superhmotnou černou díru, je začít superhmotnou hvězdou.
Jak velkolepé? Jak asi 100 000 solárních hmot, je pro vás dost velké?
Hvězdy jako to prostě v dnešním vesmíru prostě neexistují. Pokud se pokusíte vše napěchovatvěci na dostatečně kompaktní svazek, který z něj udělá hvězdu, interakce a nestability ho roztrhnou jako tolik rozpadající se těsto na sušenky ve vašich rukou, a místo jediné monstrum vytvoří spoustu normálních hvězd. Proto si myslíme, že hvězdy přes 100 solárních hmot jsou dnes, pokud je to možné, mimořádně vzácné.
Ale éra Kosmického úsvitu byla jiná doba. Jednak zatím žádné těžké prvky neexistovaly - jaderné kovárny nebyly v provozu dostatečně dlouho, aby znečišťovaly mezihvězdné vodní cesty. Záření z těchto dalších prvků je skvělý způsob, jak ochladit oblak plynu a spustit jeho fragmentaci na menší kousky. Za druhé, mladý vesmír byl zaplaven vysokoenergetickým ultrafialovým zářením od náhlého zrození jiných menších hvězd. Toto záření rozpadá molekulární vodík, další klíčovou cestu pro ochlazení a fragmentaci obřího oblaku plynu.
Takže i když jsou vzácné, podmínky mohly být právě na konci kosmických temných věků, aby vytvořily obří a dokonce supergiantní hvězdy: dost materiálu by mohlo proudit do malého množství, aniž by se rozdělilo, což by zrodilo obrovskou hvězdu.
Tyto obří hvězdy by vedly krátké životy a zhroutily by se přímo do velkých černých děr, což by zkrátilo obvyklou cestu k výrobě kvasarů.
Zní to jako skvělý nápad, ale ve vědě musí skvělé nápady konfrontovat důkazy, než začneme v ně uvěřit. V tomto případě by bylo docela užitečné mít fotografii jedné z těchto hvězd před proměnili se v černé díry a pak v kvasary.
To je ale těžké, protože věk, kdy tyto hvězdy žily a zemřely, je od nás daleko. A ty hvězdy, i když byly stále obří hvězdnými standardy, byly velmi malé, což je v těchto extrémních vzdálenostech ještě těžko pozorovalo.
Ale jednou bychom mohli mít šťastnou pauzu. Nedávné simulace těchto podivných hvězd ukazují, že jsou překvapivě chladné, mají povrchovou teplotu někde mezi 6 000 až 8 000 Kelvinů, což dává jejich povrchům intenzivní červenou záři. A díky jejich neuvěřitelné velikosti jsou velmi jasné a praskají světlem při intenzitě deseti miliard sluncí. Tato kombinace čistého jasu a hluboké zčervenání znamená, že jsou potenciálně viditelné v infračervených vlnových délkách pro některé nadcházející mise.
Mise jako James Webb Space Telescope, nástroj speciálně navržený k lovu prvních hvězd. Pokud v těch dávno zaniklých érách existovaly nadpřirozené hvězdy, a pokud některé z nich měly to štěstí, že přežily v době, kdy se jejich bratři již začali transformovat na černé díry monstrum, dávat je jen o kousek blíž, je tu šance, že můžeme přímo vyfotit.
Jaký to bude pohled.
Číst dále: „K detekci nadpřirozených prvotních hvězd“
