Vesmírom sa šíri záhadný signál starý miliardy rokov. Pochádza z prekvapivého zdroja
Astronómovia už dlhšie registrujú slabý, no vytrvalý nízkofrekvenčný šum, ktorý sa šíri celým časopriestorom. Doteraz sme predpokladali, že ide výlučne o dozvuk zrážok obrích čiernych dier z modernejších epoch vesmíru. Nová prelomová štúdia publikovaná v prestížnom časopise Physical Review D však ukazuje, že pôvod tohto signálu siaha oveľa hlbšie do minulosti.
Dostaň Fontech do svojich Google odporúčaní
Pridať ako preferovaný zdroj Fontech, odkaz sa otvorí v novom okneDvojica vedcov Sohan Ghodla a Cosmin Ilie z americkej Colgate University prišla so zistením, že za týmto kozmickým bzučaním môžu stáť hypotetické temné hviezdy. Tieto kolosálne objekty žiarili v období kozmického úsvitu pred viac ako 13 miliardami rokov a po svojom zániku zanechali zárodky pre najväčšie gravitačné monštrá v kozme.
Vedci tak prepojili dve veľké záhady modernej astrofyziky, ktoré zdanlivo stáli samostatne. Prvou je existencia gigantických čiernych dier v mladom vesmíre, ktoré nedávno potvrdil aj Vesmírny ďalekohľad Jamesa Webba. Druhou je samotné pozadie gravitačných vĺn, ktoré v súčasnosti merajú pozemské detektory cez precíznu sieť rádiových pulzarov. Fascinujúce záhady pritom neustále objavujeme aj v našej bezprostrednej blízkosti, čo dokazujú aj podivné pozorovania, ktoré zachytil rover Curiosity na Marse.
Pulzary fungujú ako najpresnejšie hodiny vesmíru
Aby sme pochopili, čo astronómovia vlastne zachytili, musíme sa pozrieť na takzvané Pulsar Timing Arrays (PTA). Ide o medzinárodné projekty, ktoré využívajú rýchlo rotujúce neutrónové hviezdy ako gigantickú sieť vesmírnych hodín. Tieto objekty vysielajú k Zemi rádiové lúče s neuveriteľnou pravidelnosťou, ktorá prekonáva aj bežné atómové hodiny.
Keď medzi pulzarom a našou planétou prejde masívna gravitačná vlna, nepatrne natiahne alebo stlačí samotnú tkaninu časopriestoru. Výsledkom je miniatúrna odchýlka v príchode signálu, ktorú dokážu najmodernejšie rádioteleskopy zaznamenať. Dlhoročným sledovaním desiatok pulzarov vedci definitívne potvrdili existenciu stochastického pozadia gravitačných vĺn na nanohertzových frekvenciách.
Tento signál najčastejšie vytvárajú binárne systémy supermasívnych čiernych dier, ktoré okolo seba krúžia v centrách zrážajúcich sa galaxií. Ak má takáto dvojica kombinovanú hmotnosť presahujúcu miliardu hmotností Slnka, vysiela gravitačné vlny presne v spektre, na ktoré sú polia pulzarov citlivé.
Záhada obrích čiernych dier na počiatku času
Samotná existencia takýchto masívnych čiernych dier však stavia astrofyzikov pred neriešiteľný rébus. Štandardné modely totiž hovoria, že čierna diera potrebuje miliardy rokov na to, aby postupným pohlcovaním hmoty narástla do takýchto gigantických rozmerov. Webbov teleskop aj röntgenové observatórium Chandra však našli takéto monštrá už niekoľko stoviek miliónov rokov po Veľkom tresku.
Bolo teda jasné, že v ranom vesmíre museli existovať masívne zárodky, ktoré umožnili takýto bleskový rast. Otázkou zostávalo, ako tieto prvé zárodky vlastne vznikli. Jednou z teórií je priamy kolaps obrovských plynných mračien, no tento proces vyžaduje veľmi špecifické a zriedkavé podmienky.

Druhou, podstatne elegantnejšou alternatívou sú práve supermasívne temné hviezdy. Výskumníci z Colgate University sa preto rozhodli otestovať, či by potomkovia týchto záhadných objektov dokázali vysvetliť intenzitu gravitačného šumu, ktorý dnes merajú naše prístroje.
Ako funguje hviezda poháňaná temnou hmotou
Temné hviezdy nie sú tmavé v pravom zmysle slova, ale svoj názov dostali podľa zdroja svojej energie. Namiesto klasickej termojadrovej fúzie vodíka ich pri živote udržiava anihilácia častíc temnej hmoty, konkrétne teoretických častíc typu WIMP vo vnútri ich jadra.
Vďaka tomuto unikátnemu mechanizmu zostávali temné hviezdy relatívne chladné a nafúknuté do obrovských rozmerov. Namiesto toho, aby sa rýchlo prehriali a odvrhli okolitý materiál, dokázali nepretržite nasávať plyn z okolia a rásť do nevídaných rozmerov. Za priaznivých okolností mohli dosiahnuť hmotnosť viac ako miliónkrát väčšiu než Slnko.
Keď sa v jadre takejto hviezdy vyčerpala zásoba temnej hmoty, stratila tlak, ktorý ju držal pohromade. Následne sa okamžite zrútila a vytvorila masívny zárodok čiernej diery. Tento proces preskočil milióny rokov pomalého rastu, ktorým by museli prejsť bežné hviezdne čierne diery.
Simulácie potvrdili dominanciu temných hviezd
Autori štúdie vytvorili rozsiahly počítačový model, ktorý sledoval vývoj čiernych dier z temných hviezd od raného vesmíru až po súčasnosť. Sledovali, v akých halách temnej hmoty vznikali, ako často dochádzalo k ich vzájomným zrážkam a aké silné gravitačné vlny pritom vznikali.
Výsledky priniesli jasnú odpoveď. Ak mali pozostatky supermasívnych temných hviezd v ranom vesmíre priestorovú hustotu približne 10^-3 na kubický megaparsek, ich potomkovia dnes tvoria prevažnú väčšinu zaznamenaného gravitačného signálu. Ide o prekvapivo presnú zhodu s aktuálnymi meraniami sietí pulzarov.
Naopak, konkurenčný model priameho kolapsu plynu dosahuje hustotu len okolo 10^-6 na kubický megaparsek. Tieto čierne diery by do celkového šumu prispeli len zanedbateľným zlomkom energie, čo posúva teóriu temných hviezd na popredné miesto medzi kandidátmi.
Nové okno do najstarších etáp vesmíru
Merania gravitačných vĺn nám tak nečakane dávajú do rúk nástroj, ktorým môžeme nepriamo skúmať epochu kozmického úsvitu s červeným posunom z > 10. Astronómovia dokážu vďaka pulzarom stanoviť horné aj dolné limity pre početnosť týchto pradávnych objektov.
Ak by v mladom vesmíre vzniklo príliš veľa zárodkov z temných hviezd, gravitačný šum zachytený na Zemi by bol podstatne silnejší, než v skutočnosti pozorujeme. Ak by ich naopak vzniklo málo, vesmír by nedokázal vygenerovať dostatočný počet masívnych binárnych systémov s hmotnosťou nad miliardu Sĺnk, ktoré signálu dominujú.
Tento objav zásadným spôsobom prepája výskum tmavej hmoty, zrod prvých svietiacich objektov a evolúciu galaktických jadier. S rastúcou presnosťou polí pulzarov a novými dátami z vesmírnych observatórií budeme čoskoro schopní definitívne rozlúštiť, či v našom vesmíre skutočne kedysi dominovali hviezdy zrodené z temnej hmoty.
Čítajte viac z kategórie: Novinky
Ďakujeme, že čítaš Fontech. V prípade, že máš postreh alebo si našiel v článku chybu, napíš nám na redakcia@fontech.sk.
Teraz čítajú

Pred dvoma rokmi ohúril svet a teraz sa vracia. Nový akčný film už o pár dní dorazí online

Elektromobil, ktorý nabiješ za 9 minút, prichádza do Európy. Doma však ľudí nezaujal

VIDEO: Vikingovia dostávajú nástupcu. Nový seriál sa ukazuje v plnej paráde a dorazí aj s prekvapením

Automobilky majú veľkú dilemu: Kia povedala pravdu o EV, ktorú Brusel nechce počuť

Najväčšia zbrojovka sveta ukázala odpoveď na hypersonické zbrane. Dostanú ju Patrioty
NAJČÍTANEJŠIE ZO STARTITUP

Rodina 160 rokov potichu budovala potravinárske impérium. Vyrába jedlo, ktoré si Slováci obľúbili

Banky mu nepožičali, na prvú reštauráciu si zarobil v rafinérii. Teraz má majetok 17 miliárd eur

Slováci rozdávali politikom známky ako v škole. Šimkovičová prepadla, prekvapil víťaz

Slovenskí zamestnávatelia vo veľkom naberajú ľudí nad 50 rokov: Vekové stereotypy ustupujú tvrdej realite

Tri fabriky presúvajú výrobu zo Slovenska. Končí sa aj tradícia dlhšia ako 200 rokov
- 24 hod
- 48 hod
- 7 dní
-
- Automobilky majú veľkú dilemu: Kia povedala pravdu o EV, ktorú Brusel nechce počuť
- Skylink na Slovensku končí. Nahradí ho známa značka, diváci dostanú nové TV stanice
- Prekvapivá krajina má obrovský záujem o slovenské zbrane. Kúpia pokročilé systémy za milióny eur
- Predbehla Netflix a rastie ďalej. Slovenská streamovacia služba prilákala 800-tisíc divákov
- Po 40 rokoch sa vrátili do zlatej bane a našli jackpot. Kritický materiál dostanú zbrane budúcnosti
-
- Prekvapivá krajina má obrovský záujem o slovenské zbrane. Kúpia pokročilé systémy za milióny eur
- Skylink na Slovensku končí. Nahradí ho známa značka, diváci dostanú nové TV stanice
- Automobilky majú veľkú dilemu: Kia povedala pravdu o EV, ktorú Brusel nechce počuť
- Po 40 rokoch sa vrátili do zlatej bane a našli jackpot. Kritický materiál dostanú zbrane budúcnosti
- Energetický prevrat v Európe. Blízko Slovenska leží obrovské ložisko s 43 miliónmi ton vzácnej suroviny
-
- Černobyľ po 40 rokoch opäť prekvapil vedcov. Odhalili nečakanú vlastnosť rádioaktívneho paliva
- O toto išlo Rusom celý čas. Obsadili jedno z najväčších ložísk dôležitej suroviny v Európe
- Prekvapivá krajina má obrovský záujem o slovenské zbrane. Kúpia pokročilé systémy za milióny eur
- Skylink na Slovensku končí. Nahradí ho známa značka, diváci dostanú nové TV stanice
- Európska jadrová veľmoc ukázala svoju novú zbraň s doletom 9500 km. Letí rýchlosťou až Mach 20
Volkswagen prepustí až 100-tisíc ľudí. Z Nemecka napriek tomu zazneli prekvapivé slová
Európa čakala veľký solárny prepad. Zatmenie ukázalo, prečo veľké číslo pre Slovensko neplatilo
Výrobcom počítačov a mobilov končí obľúbený trik. EÚ prísne skoncuje s falošnou ekológiou
Má stáť zelená energia 120 eur za MWh? ÚRSO označil zelenú energiu za drahý omyl, pravda je iná
Európa chcela odstrihnúť Putina, deje sa však opak. Dovoz ruského LNG prudko vzrástol
USA chystajú vesmírny štít za 160 miliárd eur. Prvý ostrý zásah príde v roku 2029
Mochovce dosiahli kľúčový míľnik. Štvrtý blok už rozbehol jadrovú reakciu
NAJČÍTANEJŠIE ZO STARTITUP

Rodina 160 rokov potichu budovala potravinárske impérium. Vyrába jedlo, ktoré si Slováci obľúbili

Banky mu nepožičali, na prvú reštauráciu si zarobil v rafinérii. Teraz má majetok 17 miliárd eur

Slováci rozdávali politikom známky ako v škole. Šimkovičová prepadla, prekvapil víťaz

Slovenskí zamestnávatelia vo veľkom naberajú ľudí nad 50 rokov: Vekové stereotypy ustupujú tvrdej realite

