Podle našich poznatků nemůže existovat, přesto tu je. Záhadná černá díra váží jako miliarda Sluncí

Černá díra objevená ve vesmírné záři je příliš velká na to, aby se dala snadno vysvětlit. Nachází se ve středu galaxie s názvem J1120+0641 a její hmotnost přesahuje miliardu Sluncí.

Větší černé díry dnes existují všude kolem nás. Problémem je, kdy J1120+0641 existuje. V době, kdy od velkého třesku uplynulo méně než 770 milionů let, je těžké přijít na to, jak mohla černá díra stihnout nabrat, tak velkou hmotnost.

O galaxii a její přeplněné černé díře víme již více než deset let a vědci měli představu o tom, jak vznikla. Nyní pozorování pomocí JWST jednu z těchto představ rozmetalo. Podle všech provedených měření se J1120+0641 jeví jako „šokující normální“, což ponechává otevřená exotičtější vysvětlení pro nárůst hmotnosti černé díry.

Objev galaxie J1120+0641 byl oznámen již v roce 2011 a po několik let zůstávala nejvzdálenější známou kvazarickou galaxií. Vlastně to bylo dobrých pár let. Pokud jsme věděli, byla J1120+0641 odlehlá a jedno možné vysvětlení její velikosti bylo stále na stole.

Kvasarické galaxie jsou galaxie, které mají centrální supermasivní černou díru živící se obrovskou rychlostí. Jsou obklopeny obrovským oblakem plynu a prachu, který chlemtají, jak nejrychleji mohou. Tření a gravitace v okolí černé díry tento materiál zahřívají a způsobují jeho jasný svit. Rychlost, kterou se černá díra může živit, však není neomezená. Maximální stabilní rychlost je dána její Eddingtonovou mezí, za níž ohřátý materiál září tak jasně, že by tlak záření převýšil gravitační přitažlivost, materiál by byl vytlačen a černá díra by se neměla čím živit.

Nyní mohou černé díry nakrátko vstoupit do super-Eddingtonovy akrece, kdy tuto hranici překonají a vyžmoulají tolik materiálu, kolik jen mohou, než začne působit tlak záření. To je jedno z možných vysvětlení černé díry v centru J1120+0641 a, jakmile jich najdeme větší množství, i dalších velkých černých děr číhajících na počátku vesmíru.

K hledání známek super-Eddingtonovy akrece potřebovali astronomové data s dostatečným rozlišením, aby mohli provést podrobnou analýzu světla galaxie a hledat stopy spojené s extrémními procesy. A k tomu jsme potřebovali JWST, nejvýkonnější kosmický dalekohled, jaký byl kdy postaven, optimalizovaný pro nahlížení do těchto vzdálených končin vesmíru a času.

JWST pozoroval galaxii počátkem roku 2023 a tým vedený astronomkou Sarah Bosmanovou z německého Institutu Maxe Plancka pro astronomii rozebral světlo, které nashromáždil, a katalogizoval vlastnosti materiálu kolem černé díry: obrovský torus prachu na okraji a zářící disk vířící kolem černé díry a přivádějící do ní energii.

Tato analýza odhalila, že černá díra se ve skutečnosti živí docela normálně – na její akreci není nic, co by se výrazně lišilo od jiných, novějších kvazarů. Jedním z možných vysvětlení těchto obřích černých děr je, že dodatečný prach vedl astronomy k nadhodnocení jejich hmotností. A přesto ani zde nejsou žádné známky dodatečného prachu.

To znamená, že J1120+0641 je tím, čím se zdá být: docela normální kvazar galaxie s černou dírou, která nehltá materiál super vysokým tempem. Černá díra a způsob, jakým se živí, byly již relativně zralé v době, kdy jsme ji pozorovali, během několika set milionů let od velkého třesku.

„Celkově nová pozorování jen prohlubují záhadu: Bosman říká: „Rané kvazary byly šokujícím způsobem normální. „Bez ohledu na to, v jakých vlnových délkách je pozorujeme, jsou kvazary ve všech epochách vesmíru téměř identické.“ To znamená, že super-Eddingtonova akrece není řešením růstu záhadně masivních černých děr na úsvitu času.

Druhým předním vysvětlením je, že černé díry se na začátku zformovaly z poměrně velkých „semen“. Spíše než pomalý, postupný proces z něčeho o velikosti hvězdy tato teorie navrhuje, že černé díry vznikly zhroucením shluků hmoty nebo dokonce extrémně obrovských hvězd o hmotnosti až stotisíckrát větší než hmotnost Slunce, což dalo jejich růstu náskok.

Vzhledem k tomu, že nacházíme stále více těchto behemotů, kteří se skrývají v mlze na počátku vesmíru, zdá se tato představa méně bizarní a spíše jako nejlepší možné vysvětlení této záhadné epochy v historii našeho vesmíru.

Autor: Lukáš Drahozal

Zdroj: nature.com, reddit.com