Astronomové našli nějaké extrémně staré superhmotné černé díry, ty, které se vytvořily, když byl Vesmír docela mladý. Byli však zmateni tím, jak by černá díra mohla vyrůst na tak obrovskou velikost, když byl samotný vesmír jen batoletem.
Astronomové nyní našli jedinečný soubor podmínek, které byly přítomny půl miliardy let po Velkém třesku, který umožnil těmto černým dírám tvořit se. Neobvyklý zdroj intenzivního záření vytvořil tzv. „Přímé kolapsové černé díry“.
"Je to kosmický zázrak," řekl Volker Bromm z University of Texas v Austinu, který na zjištění spolupracoval s několika astronomy. "Je to jediný čas v historii vesmíru, kdy jsou podmínky pro to, aby se vytvořily."
Konvenční chápání toho, jak se tvoří černé díry, se nazývá teorie narůstání, kde se z kolapsu vytváří extrémně masivní hvězdná kolaps a „semena“ černých děr tahem plynu z jejich okolí a sloučením menších černých děr. Tento proces však trvá dlouho, mnohem déle, než když se kolem nich rychle vytvářely černé díry. Navíc, raný vesmír neměl množství plynu a prachu potřebného k tomu, aby supermasivní černé díry dorostly do své obrovské velikosti.
Nové nálezy namísto toho naznačují, že některé z prvních černých děr vznikly přímo, když se zhroutil oblak plynu, čímž obešel jakékoli další mezifáze, jako je vznik a následné zničení hmotné hvězdy.
Samozřejmě, jako každá černá díra, tyto černé díry „s přímým kolapsem“ nelze vidět. Existovaly však silné důkazy o jejich existenci, protože jsou potřebné k napájení vysoce světelných kvasarů detekovaných v mladém vesmíru. Velký jas kvasaru pochází z hmoty spirálové do superhmotné černé díry, zahřívání na milion stupňů, vytváření paprsků, které září jako světelné majáky po celém vesmíru. Ale protože teorie narůstání nevysvětluje supermasivní černé díry v extrémně vzdáleném - a tedy mladém - vesmíru, nemohli astronomové vysvětlit ani kvasary. Tomu se říká „problém s kvasarovými semeny“.
"Kvazary pozorované v raném vesmíru se podobají obřím dětem v porodnici plné normálních dětí," řekl Avi Loeb z Harvard-Smithsonianova centra pro astrofyziku, který pracoval s Brommem. "Zůstává člověk přemýšlel: co je zvláštního na prostředí, které živilo tyto obří děti?" Zásobník studeného plynu v blízkých galaxiích, jako je Mléčná dráha, je obvykle spotřebováván většinou tvorbou hvězd. “
V roce 2003 však Bromm a Loeb přišli s teoretickým nápadem, jak získat časnou galaxii, která by vytvořila supermasivní černou díru semen, potlačením jinak nepřípustného přísunu energie z formování hvězd. Tento proces nazývali „přímým kolapsem“.
"Začněte" prapůvodním mrakem vodíku a hélia, naplněným v moři ultrafialového záření, "řekl Bromm. "Rozbiješ tento mrak v gravitačním poli halou temné hmoty." Za normálních okolností by se mrak mohl ochladit a roztříštit na hvězdy. Ultrafialové fotony však udržují plyn horký, čímž potlačují jakoukoli tvorbu hvězd. Toto jsou požadované, téměř zázračné podmínky: kolaps bez fragmentace! Jak se plyn stává stále kompaktnějším, nakonec máte podmínky pro masivní černou díru. “
Zdá se, že tato sada kosmických podmínek existovala pouze ve velmi raném vesmíru a tento proces se dnes v galaxiích nestává.
Aby otestovali svou teorii, Bromm, Loeb a jejich kolega Aaron Smith začali studovat galaxii s názvem CR7, identifikovanou průzkumem Hubble Space Telescope s názvem COSMOS, který je asi za méně než 1 miliardu let po Velkém třesku.
David Sobral z univerzity v Lisabonu provedl následná pozorování CR7 s některými z největších pozemních dalekohledů na světě, včetně Kecka a VLT. Tyto odhalily některé mimořádně neobvyklé rysy světelného podpisu pocházejícího z CR7. Konkrétně byla vodíková linie Lyman-alfa několikrát jasnější, než se očekávalo. Je pozoruhodné, že spektrum také ukázalo neobvykle jasnou linii helia.
"To, co řídí tento zdroj, je velmi horké - dost horké, aby ionizovalo hélium," řekl Smith asi 100 000 stupňů Celsia.
Tyto a další neobvyklé rysy ve spektru znamenaly, že by to mohl být buď shluk prvotních hvězd, nebo supermasivní černá díra, pravděpodobně vytvořená přímým kolapsem.
Smith provedl simulace pro oba scénáře a zatímco scénář hvězdokupu „velkolepě selhal,“ řekl Smith, model černé kola s přímým kolapsem fungoval dobře.
Začátkem tohoto roku také vědci používali kombinovaná data z rentgenové observatoře Chandra, Hubbleova kosmického dalekohledu a Spitzerova kosmického dalekohledu k identifikaci těchto možných semen černé díry. Našli dva objekty, oba shodovaly teoretický profil v infračervených datech. (přečtěte si zde svůj článek.)
Zdá se, že astronomové „sbíhají tento model,“ řekl Smith pro vyřešení problému semen kvasarů a hádanky s černou dírou.
Zůstaňte naladěni.
Práce Bromma, Loeba a Smithe jsou publikovány v časopise Měsíční oznámení Královské astronomické společnosti.
Zdroje:
RAS, Harvard-Smithsonian CfA, Tisková zpráva pro detekci přímých kolapsů černých děr NASA počátkem tohoto roku.
