Supermasivní černé díry (SMBH) je těžké vysvětlit. Předpokládá se, že tyto gigantické singularity jsou v centru každé velké galaxie (naše Mléčná dráha jednu má), ale jejich přítomnost tam někdy není snadné vysvětlit. Pokud víme, černé díry vznikají, když se obří hvězdy zhroutí. Ale toto vysvětlení neodpovídá všem důkazům.
Teorie hvězdného kolapsu odvádí dobrou práci při vysvětlení většiny černých děr. Podle této teorie začíná hvězdě, která je nejméně pětkrát hmotnější než naše Slunce, ke konci svého života docházet palivo. Vzhledem k tomu, že vnější tlak jaderné fúze hvězdy je tím, co ji podporuje proti vnitřní gravitaci z její vlastní hmoty, musí se něco poddat, když dojde palivo.
Hvězda podstoupí explozi hypernovy a poté se zhroutí do sebe. Co zbylo, je černá díra. Astrofyzici si myslí, že SMBH začínají tímto způsobem a dorůstají do svých obrovských velikostí tím, že se v podstatě „živí“ jinou hmotou. Nafouknou se a sedí v centru své gravitace jako pavouk, který se vykrmuje uprostřed své sítě.
Problém s tímto vysvětlením je, že trvá dlouho, než se to stane.
Dojem tohoto umělce ukazuje okolí supermasivní černé díry, typické pro tu, která se nachází v srdci mnoha galaxií. Samotná černá díra je obklopena brilantním akrečním diskem velmi horkého, dopadajícího materiálu a dále prašným torusem. Na pólech černé díry se také často vyskytují vysokorychlostní výtrysky materiálu, které mohou prodloužit obrovské vzdálenosti do vesmíru. Obrazový kredit: ESO/L. Calçada – webové stránky ESO, CC BY 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=39626793
Tam venku ve vesmíru vědci pozorovali SMBH, které jsou staré. V březnu tohoto roku skupina astronomů oznámil objev z 83 SMBH, které jsou tak staré, že odporovaly našemu chápání. v roce 2017 objevili astronomové černá díra o hmotnosti 800 milionů sluneční hmoty, která se plně zformovala pouze 690 milionů let po velkém třesku. Vznikly v dřívějších dobách vesmíru, než byl čas vyrůst do jejich supermasivních forem.
Mnohé z těchto SMBH jsou miliardkrát hmotnější než Slunce. Jsou na tak vysokých červených posunech, že musely vzniknout během prvních 800 milionů let po velkém třesku. Ale to není dost času na to, aby je model hvězdného kolapsu vysvětlil. Otázka, před kterou astrofyzikové stojí, zní, jak se tyto černé díry za tak krátkou dobu tak zvětšily?
Dvojice výzkumníků z Western University v kanadském Ontariu si myslí, že na to přišli. Mají novou teorii zvanou „přímý kolaps“, která vysvětluje tyto neuvěřitelně staré SMBH.
Jejich papír se jmenuje „ Hmotnostní funkce supermasivních černých děr ve scénáři přímého kolapsu “ a je zveřejněn v The Astrophysical Journal Letters . Autory jsou Shantanu Basu a Arpan Das. Basu je uznávaným odborníkem na rané fáze tvorby hvězd a evoluce protoplanetárních disků. Je také profesorem astronomie na Western University. Das je také z Western’s Department of Physics and Astronomy.
SMBH na tomto snímku z dalekohledu Subaru je 13,05 miliardy světelných let od Země. Tyto starověké SMBH zpochybnily naše chápání toho, jak černé díry vznikají. Image Credit: National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ).
Jejich teorie přímého kolapsu říká, že starověké supermasivní černé díry se vytvořily extrémně rychle ve velmi krátkých časových obdobích. Pak najednou přestali růst. Vyvinuli nový matematický model k vysvětlení těchto rychle se tvořících starověkých černých děr. Říkají, že Eddingtonův limit Roli hraje , což je rovnováha mezi vnější radiační silou hvězdy a vnitřní gravitační silou.
V těchto černých dírách s přímým kolapsem Eddingtonův limit reguluje růst hmoty a výzkumníci říkají, že tyto staré černé díry mohou dokonce překročit tento limit o malé množství, v tom, co nazývají super-Eddington akrece. Poté se kvůli záření produkovaném jinými hvězdami a černými dírami jejich produkce zastavila.
„Supermasivní černé díry měly jen krátkou dobu, kdy byly schopny rychle růst, a pak se v určitém okamžiku kvůli veškeré radiaci ve vesmíru vytvořené jinými černými dírami a hvězdami jejich produkce zastavila,“ vysvětluje Basu v A tisková zpráva . 'To je scénář přímého kolapsu.'
'Toto je nepřímý pozorovací důkaz, že černé díry pocházejí z přímých kolapsů a ne ze zbytků hvězd,' řekl Basu.
Tato nová teorie poskytuje účinné vysvětlení toho, co bylo v astronomii nějakou dobu ožehavým problémem. Basu věří, že tyto nové výsledky mohou být použity s budoucími pozorováními k odvození historie vzniku extrémně masivních černých děr, které existovaly ve velmi raných dobách našeho vesmíru.
Prameny:
- Tisková zpráva: Vědci si posvítili na původ černých děr
- Výzkumný papír: Hmotnostní funkce supermasivních černých děr ve scénáři přímého kolapsu
- Vesmír dnes: Příliš velké, příliš brzy. Monster Black Hole viděný krátce po velkém třesku
- Univerzita Princeton: Astronomové objevili 83 supermasivních černých děr v raném vesmíru
- Wikipedie: Eddington Luminosity (limit)