Obrovské supermasivní černé díry v centru zdánlivě každé galaxie patří mezi nejfascinující a extrémní objekty známé moderní astronomii a kosmologii. S masami přesahujícími miliony a někdymiliardyže našeho Slunce, je téměř nemožné pochopit mimořádnou velikost těchto nebeských leviatanů. Jednou z velkých záhad moderní astrofyziky je odpověď na to, jak takové obrovské objekty vznikly. V tisková zpráva publikovaná 10. března, výzkumníci navrhují, že původ supermasivních černých děr může spočívat v dávno vyhynulých hvězdách první generace s hmotnostmi daleko nad nejhmotnějšími hvězdami v moderním vesmíru. Nejen, že navrhují, aby takoví obři existovali, ale také naznačují, že našli způsob, jak detekovat konkrétní podmnožinu těchto hvězd. Tento průlom je díky našemu starému příteli, Einsteinova obecná teorie relativity.
Nejhmotnější hvězdy v dnešním vesmíru váží blízko 150 hmotností Slunce . Předpokládá se, že prvotní superhmotné hvězdy jsou původem nebo zárodkem supermasivních černých děrřádůmasivnější. Hovoříme v rozsahu 10 000 až 100 000 hmotnosti Slunce! Když hvězdy vstoupí do tohoto režimu hmoty, jejich chování se výrazně liší od chování modernějších a skromně hmotných hvězd.
Model ukazující předpovězené chování supernovy u supermasivní hvězdy.Kredit Dr. Ke-Jung Chen, ASIAA
Když tyto obrovské hvězdy na konci svého života vyhoří, gravitace je tak silná, že se mohou zhroutit přímo do černé díry bez velkolepých výbuchů supernov, které si dnes spojujeme s masivní smrtí hvězd. To představuje skutečný problém, pokud jde o detekci těchto událostí. Je zřejmé, že černé díry jsou tmavé a bez jasné, typické supernovy by tyto extrémní hvězdy byly v podstatě nedetekovatelné. Mějte na paměti, že tyto hvězdy existovaly pouze krátkou dobu v nejranějších fázích formování galaxií v mladém vesmíru. Jejich sousedství můžeme vidět pouze při pohledu na miliardy světelných let daleko, a tedy miliardy let do minulosti.
Mluvil jsem s jedním z vedoucích výzkumníků o důmyslném, relativistickém řešení této zdánlivě neřešitelné záhady. Dr. Ke-Jung Chen z Institut astronomie a astrofyziky Academia Sinica v Taipei, Taiwan, komentoval ‚sladké místo‘ v hmotě těchto hvězd odhalené rozsáhlým modelováním.
Další model supernovy, který Dr. Chen nazval ‚brainstar‘. Kreditní úvěr Dr. Ke-Jung Chen, ASIAA
'Model ukázal, že při asi 55 000 hmotnostech Slunce došlo díky obecné teorii relativity k velmi zajímavému chování.' Chen vysvětlil: „...protože Einstein říká energii zvšechno,fotony, plyn atd. přispívají ke gravitačnímu poli. Tlak začne přispívat ke gravitačnímu poli... spustí prudkou jadernou reakci a poté uvolní velké množství energie a výbuch supernovy.“
Dr. Chen dále vysvětlil, že k tomu dochází pouze na sladkém místě 55 000 hmotností Slunce. Méně než to a relativistický příspěvek je příliš malý na to, aby způsobil tyto konkrétní prudké jaderné reakce. Více a gravitace je tak extrémní, že vše skončí v černé díře a vše, co vidíme, je tma. S miliardami galaxií na okraji pozorovatelného vesmíru je neuvěřitelně pravděpodobné, že alespoň některé z těchto supernov o hmotnosti 55 000 Sluneční hmotnosti by měly být detekovatelné.
Další otázka, která nás okamžitě napadne, když uvažujeme o těchto prapůvodních hvězdných obrech: Proč v moderním vesmíru nevidíme hvězdy této velikosti?
Supermasivní černé díry, jako je ta v centru galaxie M87 (obrázek nahoře ze slavného pozorování dalekohledem na horizontu událostí z roku 2019), jsou miliony nebo miliardkrát větší než hmotnost Slunce. Jejich záhadný původ může být vysvětlen primordiálními supermasivními hvězdami v raném vesmíru. Kredit: Event Horizon Telescope Collaboration
'Věříme, že supermasivní hvězda může vzniknout pouze v raném vesmíru.' Mohou za to kovy, tedy jiné prvky než vodík a helium. Ve velkém třesku máme pouze vodík a helium a nepatrné množství lithia. Nemáme uhlík, kyslík, prvky potřebné k životu atd. Protože tyto (kovy) prvky mají velká atomová čísla a na svých drahách mnoho elektronů, mohou tvořit molekuly a sloučeniny. To účinně ochladí (okolní) plyn, což povede ke kolapsu a vytvoření hvězdokupy.“ V podstatě bez těžkých prvků vedoucích k místnímu ochlazování a kondenzaci plynových mračen je velká pravděpodobnost, že se velký objem plynu v převážně vodíkovém a heliovém prostředí raného vesmíru zhroutí do supermasivní hvězdy spíše než do velkého množství hvězd, jak vidíme na otevřené hvězdokupy moderního vesmíru. Tato konverzace také zdůrazňuje zábavný zvyk astronomů, který některé chemiky přivádí k šílenství, což znamená, že všechny prvky těžší než vodík a helium jsou kovy!
Chen popsal své naděje na odhalení typických supernov těch supermasivních hvězd, jejichž hmota náhodou přistála přímo na sladké tečce o hmotnosti 55 000 slunečních hmot. „Tato pozorování jsou možná, zvláště pro nadcházející období Vesmírný dalekohled Jamese Webba .“ Pokud ano, pozorování vrhnou světlo na samotnou povahu formování galaxií a samotného vývoje.
Umělecký koncept vesmírného teleskopu Jamese Webba Uznání: Adriana Manrique Gutierrez, animátorka NASA
Základní povaha supermasivních černých děr může být spojena s těmito supermasivními hvězdami. Supernovy sladké skvrny mohou osvětlit cestu do nové éry kosmologie. Dr. Chen při popisu svého výzkumu září smyslem pro zvědavost a vášní pro objevování a zkoumání. Je těžké nepociťovat stejný pocit vzrušení, a to jak z fantastických pozorovacích a teoretických úspěchů, které nás sem dovedly, tak z masivních objevů (zamýšlených slovní hříčkou) hned za rohem.
Hlavní obrázek: Barvy odhalují složité interakce nadbytku kyslíku pohánějící supernovu ve hvězdě o hmotnosti 55 000 Sluncí. Kredit Dr. Ke-Jung Chen, ASIAA
Sledujte Ralpha Creweho na Twitteru @RalphCrewe
Sledujte, jak Ralph Crewe zkoumá neobvyklá a fascinující témata Youtube
VÍCE
