Sme blízko k rozlúšteniu pôvodu najväčších čiernych dier. Vedci odhalili vo vesmíre niečo nečakané

Vznik supermasívnych čiernych dier, ktoré dominujú stredom galaxií v modernom vesmíre, predstavuje pre astrofyzikov dlhoročnú záhadu a predmet intenzívnych výskumov. Podľa teórie hierarchického zlučovania sa tieto gigantické kozmické objekty vyvinuli z menších zárodkov, pričom dôležitú úlohu hrajú hviezdne čierne diery.

Medzi nimi a supermasívnymi čiernymi dierami existuje kategória čiernych dier strednej hmotnosti, známa pod skratkou IMBH, ktorých hmotnosť sa pohybuje od 100 do 100 000 solárnych hmotností.

Pozorovacie dôkazy o ich existencii boli doteraz vzácne, no nová štúdia publikovaná v prestížnom časopise Astronomy and Astrophysics prináša prelomový pohľad na to, kde a za akých podmienok sa tieto kľúčové zárodky formovali v ranom vesmíre.

Pomohol najväčší vesmírny ďalekohľad

Tím vedcov pod vedením Violy Bocchi zo Sapienzy v Ríme sa zameral na čerstvé dáta z Vesmírneho teleskopu Jamesa Webba (JWST), ktorý odhalil populáciu extrémne hustých hviezdnych systémov pri vysokých červených posunoch.

Medzi ne patrí gravitačne šošovkovaná galaxia Cosmic Gems pri redshifte približne 10,2, ktorú teleskop pozoroval len 460 miliónov rokov po Veľkom tresku, a systém Firefly Sparkle pri redshifte 8,3, zachytený o 140 miliónov rokov neskôr.

V prvom menovanom objekte JWST identifikoval päť mladých masívnych klustrov s hmotnosťou v rozmedzí od 10 na piatu do 10 na siedmu solárnych hmotností a s polomerom polovičnej hmotnosti okolo jedného parseka. V prípade Firefly Sparkle astronómovia objavili desať klustrov s polomermi štyri až šesť parsekov.

Vzhľadom na extrémnu hustotu týchto hviezdnych systémov nemohli vedci použiť štandardné N-body simulácie, a preto siahli po alternatívnom riešení. Namiesto toho vyvinuli špecializovaný model založený na lavínovitých kolíziách a stratách hmotnosti prostredníctvom hviezdnych vetrov, pričom výsledky starostlivo overili pomocou priamych simulácií.

Výpočty ukázali, že tieto husté prostredia predstavujú ideálne inkubátory pre vznik IMBH. Odhady hmotnosti výsledných zárodkov sa pohybujú od približne 100 do 4 000 solárnych hmotností, čo predstavuje niekoľkopercentnú efektivitu formovania vzhľadom na celkovú hmotnosť materského hviezdneho systému. Extrémna kompaktnosť klustrov v systéme Cosmic Gems pritom umožnila vznik najťažších zárodkov v rozmedzí od 1 600 do 2 700 solárnych hmotností.

Bez ťažkých prvkov

Kľúčovým faktorom pre úspešný rast týchto objektov je nízka metalicita prostredia, ktorá v prvotných hviezdnych klustroch nedosahuje ani dve percentá solárnej hodnoty. Nedostatok ťažších prvkov znamená, že hviezdy netrpia takými silnými stratami hmotnosti spôsobenými hviezdnymi vetrami, čo umožňuje objektom neustále zväčšovať svoju hmotnosť.

Midjourney

Naopak, redšie klustre v systéme Firefly Sparkle s väčšími polomermi vyprodukovali ľahšie IMBH v rozmedzí 180 až 810 solárnych hmotností, čo predstavuje spodnú hranicu tejto kategórie. Horná hranica však siaha do oblasti ťažkých zárodkov, ktoré sú ideálnymi stavebnými kameňmi pre neskorší vznik gigantických supermasívnych čiernych dier.

Zistenia majú obrovský význam pre kozmológiu a môžu presvedčivo vysvetliť aj takzvané malé červené bodky, teda záhadné objekty objavené teleskopom JWST, ktorých spektrálne charakteristiky naznačujú prítomnosť masívnych čiernych dier v ranej fáze vesmíru. Výskum dokazuje, že husté hviezdne klustre chudobné na kovy slúžili ako životaschopné továrne na ťažké zárodky.

Čítajte viac z kategórie: Novinky