Astronómovia našli niektoré veľmi staré superhmotné čierne diery, ktoré sa vytvorili, keď bol Vesmír dosť mladý. Boli však zmätení, ako by čierna diera mohla narásť do takej obrovskej veľkosti, keď bol samotný vesmír iba batoľatami.
Astronómovia teraz našli jedinečný súbor podmienok, ktoré boli prítomné pol miliardy rokov po Veľkom tresku, ktorý umožnil tieto čierne diery tvoriť. Neobvyklý zdroj intenzívneho žiarenia vytvoril tzv. „Priame zbalenie čiernych dier“.
"Je to kozmický zázrak," uviedol Volker Bromm z University of Texas v Austine, ktorý pri hľadaní spolupracoval s niekoľkými astronómami. "Je to jediný čas v histórii vesmíru, keď sú podmienky na to, aby sa vytvorili."
Tradičné chápanie toho, ako sa tvoria čierne diery, sa nazýva teória narastania, kde sa z kolapsu vytvára extrémne masívna hviezda a „semená“ čiernych dier vytiahnutím plynu z ich okolia a zlúčením menších čiernych dier. Tento proces však trvá dlho, oveľa dlhšie, ako boli tieto rýchlo sa tvoriace čierne diery. Navyše, raný vesmír nemal také množstvo plynu a prachu, aké sú potrebné na to, aby supermasívne čierne diery dorástli do svojej gigantickej veľkosti.
Nové nálezy namiesto toho naznačujú, že niektoré z prvých čiernych dier sa vytvorili priamo, keď sa zrútil oblak plynu, obchádzajúc akékoľvek ďalšie medzifázy, ako je vznik a následné zničenie obrovskej hviezdy.
Tieto čierne diery s priamym kolapsom sa samozrejme nedajú vidieť, rovnako ako všetky čierne diery. Existovali však silné dôkazy o ich existencii, pretože sú potrebné na to, aby poháňali vysoko svetelné kvasary zistené v mladom vesmíre. Veľký jas kvázaru pochádza z látky, ktorá sa točí do supermasívnej čiernej diery, zahrieva sa na milióny stupňov a vytvára prúdy, ktoré žiaria ako majáky po celom vesmíre. Ale pretože teória narastania nevysvetľuje supermasívne čierne diery vo veľmi vzdialených - a teda mladých - vesmíroch, astronómovia nedokážu vysvetliť ani kvasary. Nazýva sa to „problém kvasarového semena“.
"Kvazary pozorované v ranom vesmíre sa podobajú obrovským bábätkám v pôrodnici plnej normálnych dojčiat," uviedol Avi Loeb z Harvard-Smithsonianského centra pre astrofyziku, ktorý pracoval s Brommom. „Zostáva premýšľať: čo je zvláštne na prostredí, ktoré vyživovalo tieto obrovské deti? Zásobník studeného plynu v blízkych galaxiách, ako je napríklad Mliečna dráha, sa zvyčajne spotrebúva väčšinou tvorbou hviezd. “
V roku 2003 však Bromm a Loeb prišli s teoretickým nápadom, ako získať skorú galaxiu, ktorá by vytvorila supermasívnu čiernu dierku semien, a to tak, že potlačí inak neprípustný prísun energie z formovania hviezd. Tento proces nazvali „priamy kolaps“.
"Začnite s" pravekým oblakom vodíka a hélia, ktorý bol dusený v mori ultrafialového žiarenia, "povedal Bromm. "Tento oblak si krčíš v gravitačnom poli halou temnej hmoty." Za normálnych okolností by sa oblak mohol ochladiť a fragmentovať na hviezdy. Ultrafialové fotóny však udržujú plyn horúci, a tak potláčajú akúkoľvek tvorbu hviezd. Toto sú želané, takmer zázračné podmienky: kolaps bez fragmentácie! Keď sa plyn stáva čoraz kompaktnejším, nakoniec máte podmienky na veľkú čiernu dieru. “
Zdá sa, že tento súbor kozmických podmienok existoval iba vo veľmi ranom vesmíre a tento proces sa dnes v galaxiách nedeje.
Aby otestovali svoju teóriu, Bromm, Loeb a ich kolega Aaron Smith začali študovať galaxiu s názvom CR7, ktorú podľa prieskumu Hubbleovho vesmírneho teleskopu s názvom COSMOS zistili, že je okolo menej ako 1 miliardy rokov po Veľkom tresku.
David Sobral z Univerzity v Lisabone uskutočnil následné pozorovania CR7 s niektorými z najväčších pozemných teleskopov na svete, vrátane Kecka a VLT. Tieto odhalili niektoré mimoriadne nezvyčajné rysy svetelného podpisu pochádzajúceho z CR7. Konkrétne bolo vodíkové vedenie Lyman-alfa niekoľkokrát jasnejšie, ako sa očakávalo. Je pozoruhodné, že spektrum tiež ukázalo neobvykle jasnú héliu.
"Čokoľvek riadi tento zdroj, je veľmi horúci - dosť horúci na ionizáciu hélia," povedal Smith pri teplote asi 100 000 stupňov Celzia.
Tieto a ďalšie neobvyklé črty spektra znamenali, že by to mohol byť zhluk prvotných hviezd alebo supermasívna čierna diera pravdepodobne vytvorená priamym kolapsom.
Smith vykonával simulácie pre oba scenáre a zatiaľ čo scenár hviezdokupových klastrov „pôsobil neúspešne,“ povedal Smith, model čiernej diery s priamym kolapsom fungoval dobre.
Začiatkom tohto roka tiež vedci používajú na identifikáciu týchto možných semien čiernych dier kombinované údaje z röntgenového observatória Chandra, Hubbleovho vesmírneho teleskopu a Spitzerovho vesmírneho teleskopu. Našli dva objekty, z ktorých oba zodpovedali teoretickému profilu v infračervených údajoch. (tu si prečítajte článok.)
Zdá sa, že astronómovia sa „zbližujú k tomuto modelu“, povedal Smith pre riešenie problému kvasarového semena a skorého hlavolama čiernej diery.
Zostaňte naladení.
Práca Bromma, Loeba a Smitha je publikovaná v časopise Monthly Notures of Royal Astronomical Society.
zdroj:
RAS, Harvard-Smithsonian CfA, tlačová správa pre detekciu priamych zrážok čiernych dier NASA začiatkom tohto roka.
