Nově objevená černá díra požírá věci více než 40násobnou rychlostí, než je teoretický limit

Supermasivní černá díra v raném vesmíru je nejžravější svého druhu, jakou jsme kdy viděli. Nachází se uprostřed galaxie zvané LID-568, jak ji vidíme pouhých 1,5 miliardy let po velkém třesku, a zdá se, že hltá materiál rychlostí více než 40krát vyšší, než je teoretické maximum známé jako Eddingtonův limit.

Nikdy jsme nic podobného neviděli, a tento objev by nám mohl pomoci rozluštit jednu z největších záhad raného vesmíru: jak supermasivní černé díry získaly tak neuvěřitelnou hmotnost v tak krátkém čase po velkém třesku.

„Tato černá díra má extrémní hostinu,“ říká astronomka Julia Scharwächterová z observatoře Gemini a laboratoře NOIRLab NSF. „Tento extrémní případ ukazuje, že mechanismus rychlého krmení nad Eddingtonovou mezí je jedním z možných vysvětlení, proč vidíme tyto velmi těžké černé díry tak brzy ve vesmíru.“ Eddingtonova mez je přirozeným důsledkem procesu krmení černých děr. Když černá díra aktivně akretuje velké množství materiálu, tento materiál nepadá přímo do gravitační studny, ale nejprve víří jako voda kroužící kolem odtoku, přičemž pouze materiál na vnitřním okraji disku překračuje horizont do černé díry.

Neuvěřitelné tření a gravitace zahřívají tento disk materiálu na extrémně vysokou teplotu a způsobují jeho světelné záření. Jediný foton toho moc nezpůsobí, ale záře aktivního akrečního disku supermasivní černé díry je něco jiného. V určitém bodě se tlak záření směrem ven vyrovná gravitačnímu působení černé díry směrem dovnitř a zabrání materiálu, aby se přiblížil. To je Eddingtonova mez. Prolomení Eddingtonovy meze akrece je možné. Říká se tomu super-Eddingtonova akrece, během níž černá díra naprosto ztuhne a pohltí tolik hmoty, kolik jen může, než tlak záření převládne. To je jeden ze způsobů, jak podle astronomů mohly supermasivní černé díry na úsvitu času dosáhnout hmotností, které se vymykají snadnému vysvětlení.

Tým vědců pod vedením astronoma Hyewona Suha z Gemini Observatory a laboratoře NOIRLab NSF využil JWST k následným pozorováním několika galaxií identifikovaných rentgenovou observatoří Chandra, které byly jasné v rentgenovém záření, ale slabé v jiných vlnových délkách. Když se dostali ke galaxii LID-568, měli problém určit její vzdálenost v časoprostoru. Galaxie byla velmi slabá a velmi špatně viditelná, ale pomocí spektrografu integrálního pole na přístroji NIRSpec na JWST tým přesně určil polohu galaxie.

Vzdálená poloha LID-568 je překvapivá. Přestože je objekt z naší pozice ve vesmíru slabý, jeho vzdálenost znamená, že musí být neuvěřitelně jasný. Podrobná pozorování odhalila mohutné výtoky ze supermasivní černé díry, které jsou známkou akrece, neboť část materiálu je odváděna a vyvrhována do vesmíru.

Pečlivá analýza dat odhalila, že supermasivní černá díra je na poměry supermasivních černých děr relativně malá, má jen 7,2 milionu hmotností Slunce. A množství světla produkovaného materiálem kolem disku bylo mnohem, mnohem vyšší, než by černá díra této hmotnosti měla být schopna produkovat. To naznačuje, že rychlost akrece je asi 40krát vyšší než Eddingtonův limit. Při této rychlosti by měla být doba super-Eddingtonovy akrece extrémně krátká, což znamená, že Suh a její tým měli obrovské štěstí, že ji zachytili v akci. Očekáváme, že LID-568 se stane oblíbeným cílem pozorování vědců zabývajících se černými dírami, protože nám umožní vzácný pohled na super-Eddingtonovy procesy.

To by nám mohlo pomoci pochopit raný vesmír. Existují důkazy, které naznačují, že první supermasivní černé díry nevznikly z hroutících se hvězd, jak je známe, ale z obrovských hvězd a obrovských shluků plynu, které se pod vlivem gravitace přímo zhroutily. To by jim dalo náskok na cestě k tomu, aby se z nich staly obří černé díry, které vidíme ve vesmíru dnes. Dalším dílem skládačky by mohly být výbuchy super-Eddingtonovy akrece.

„Objev super-Eddingtonovy akreční černé díry naznačuje, že k významnému nárůstu hmoty může dojít během jediné epizody rychlého krmení,“ říká Suh, „bez ohledu na to, zda černá díra vznikla z lehkého nebo těžkého zárodku.“

Autor: Lukáš Drahozal

Zdroj: youtube.com, noirlab.edu