V novej štúdii publikovanej v špeciálnom vydaní žurnálu TheAstrophysical Journal sa vedcom podarilo spozorovať supermasívnu čiernu dieru, ktorá vznikla len krátko po Veľkom tresku. Objav sa uskutočnil v jednej z prvých galaxií vo vesmíre s označením CEERS 1019, predtým známej ako EGSY8p7. Na tému upozornil portál ScienceAlert.

Najstaršia aktívne rastúca čierna diera

Galaxia CEERS 1019 alebo EGSY8p7 je galaxia, ktorá je od Zeme vzdialená enormných 13,2 miliardy kilometrov, čo znamená, že vedci ju vidia takú, ako vyzerala v čase, keď vesmír existoval iba 570 miliónov rokov.

V júli 2015 bola táto galaxia dokonca označená za najstarší a najvzdialenejší známy objekt vo vesmíre. „Sláva“ tejto galaxie však netrvala príliš dlho, keďže už v roku 2016 sa podarilo objaviť GN-z11, ktorú pozorujeme tak, ako vyzerala len 400 miliónov rokov po Veľkom tresku.

Vzhľadom na to, že vedcom sa v novej štúdii podarilo uprostred CEERS 1019 objaviť aktívne rastúcu supermasívnu čiernu dieru, ide o najskoršiu (respektíve pre nás najstaršiu) čiernu dieru vo vesmíre, ktorú sa nám podarilo objaviť.

Predmetná supermasívna čierna diera svojou hmotnosťou presahuje 9 miliónov násobkov hmotnosti Slnka, pričom neustále aktívne požiera materiál a uvoľňuje hmotu z priestoru okolo nej. Podľa autorov štúdie by mohla pomôcť s objasnením toho, ako supermasívne čierne diery mohli narásť do tak ozrutných rozmerov už počas „kozmického úsvitu“.

AGN je kompaktná oblasť v centre galaxie, ktorá je v niektorej časti elektromagnetického spektra, zvyčajne naprieč celým spektrom, omnoho jasnejšia ako normálne galaxie.

Svetelné spektrum pozorované pri CEERS 1019. NASA, ESA, CSA, Leah Hustak/STScI

Nie je jediná a ani najväčšia

Samotný fakt, že vedci objavili supermasívnu čiernu dieru, ktorá existovala už pred viac ako 13,2 miliardami rokov, nie je tak prekvapujúci, ako sa možno na prvý pohľad zdá. V približne v rovnakej vesmírnej epoche boli totiž objavené aj ďalšie supermasívne monštrá, ktoré čiernu dieru v centre CEERS 1019 svojou veľkosťou zatieňujú.

V kvazarovej galaxii, ktorá existovala už 690 miliónoch rokov po Veľkom tresku s označením J1342+0928, sa nachádza supermasívna čierna diera s veľkosťou 800 miliónov Sĺnk, zatiaľ čo v J0313-1806, ktorú vidíme tak, ako vyzerala 670 miliónov rokov po Veľkom tresku, je domovom čiernej diery s hmotnosťou 1,6 miliárd násobku Slnka. Podobne ako v prípade CEERS 1019, aj v uvedených kvazaroch dominujú emisie AGN.

NASA/ Daniel Rutter

Na rozdiel od nich však podľa Larsonovej a jej tímu, CEERS 1019 predstavuje akýsi medzistupeň, alebo prechodný krok medzi neskoršími veľkými galaxiami s AGN a tým, ako sa galaxie a ich čierne diery začali formovať.

„Nevedeli sme a stále nevieme, ako mohli byť čierne diery v týchto galaxiách tak masívne už na samotnom začiatku vesmíru,“ uviedla Larsonová. „Takže to čo sme objavili, je to, o čom si myslíme, že je vec, ktorá vyrastie do neuveriteľne masívneho kvazaru.“

Prvé hviezdy vo vesmíre

Pri pohľade na supermasívnu čiernu dieru v CEERS 1019 si vedci myslia, že objekt vznikol kolapsom masívneho objektu, akým je napríklad jedna z prvých hviezd vo vesmíre.

ScreenShot/ SCIENTIFIC AMERICAN/ Atro.Yale/ RICHARD B. LARSONAND VOLKER BROM a DON DIXON

Ako sme ťa informovali aj v samostatnom článku, prvé hviezdy vo vesmíre patria do tzv.  populácie III, čo vzhľadom na to, že sa nám takto starú hviezdu zatiaľ nepodarilo objaviť, je len hypotetická skupina najstarších hviezd.

Predpokladá sa, že boli extrémne veľké, horúce a neobsahovali žiadne ťažké prvky (prvky ťažšie ako hélium a vodík) a mali len relatívne krátku životnosť.

Konkrétne výskumy naznačujú, že hviezdy populácie III boli 100- až 1000-krát hmotnejšie ako Slnko, pričom mohli byť až miliónkrát jasnejšie ako naša materská hviezda. Pre porovnanie, v súčasností narodené hviezdy dosahujú len zhruba 40 % hmotností Slnka.

Alternatívne vysvetlenia

Medzi ďalšie vysvetlenia patrí fúzia galaxií, prípadne periodická super-Eddingtonová akrécia. Eddingtonov limit v tomto prípade predstavuje maximálnu udržateľnú rýchlosť rastu čiernych dier.

NASA/JPL-Caltech

Materiál víriaci okolo čiernej diery rýchlosťou väčšou ako je Eddingtonov limit potom nepadá do čiernej diery, ale vyletuje preč do vesmíru. Super-Eddingtonová akréacia je potom považovaná za krátkodobý jav, kedy čierna diera dokáže nasávať aj materiál pohybujúci sa nad spomínaný limit – na objekte sa hromadí väčšie množstvo materiálu ako zvyčajne.

Tento jav je často pozorovaný v binárnych systémoch, kde jedným objektom je hmotná hviezda a druhým čierna diera. Autori sa však nazdávajú, že takýto rýchly rast by mohol nastať aj v prípade, ak by okolo čiernej diery rástlo veľké množstvo nových hviezd.

A presne to naznačujú nové údaje z vesmírneho teleskopu Jamesa Webba, ten totiž okrem supermasívnej čiernej diery a AGN zaznamenal aj stopy, respektíve svetlo z tvorby hviezd.

Zaujímavé je tiež to, že galaxie v ranom vesmíre zvyčajne vyžarujú buď svetlo z AGN alebo svetlo z tvorby hviezd. V tomto prípade však teleskop Jamesa Webba dokázal zaznamenať ako stopy AGN, tak i rastu hviezd, čo je mimoriadne vzácne.

ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/S. Dagnello (NRAO/AUI/NSF) v hydrae

Ukáže až budúcnosť

Všetky údaje, ktorými vedci disponujú pochádzajú iba z hodinu trvajúceho pozorovania. Zdôrazňujú preto, že budúce hĺbkové pozorovania odhalia ďalšie detaily a možno aj omnoho slabšie viditeľné galaxie a ich aktívne čierne diery, ktoré sa nachádzajú ešte ďalej ako CERS 1019.

Ako na záver uvádza Larsonova, „nemyslím si, že môj rekord bude trvať dlho. A sama dúfam, že nebude, pretože je nesmierne zaujímavé nachádzať odpovede na všetky tieto otázky“.