Kdyby se první černé díry zhroutily přímo, mohli bychom z těchto okamžiků detekovat rádiové signály?

Vesmír je posetý supermasivními černými dírami. Jeden je vzdálený pouhých 30 000 světelných let v centru Mléčné dráhy. Většina galaxií má jednu a některé z nich jsou hmotnější než miliarda hvězd. Víme, že mnoho supermasivních černých děr vzniklo na počátku vesmíru. Například kvasar TON 618 pohání černá díra o hmotnosti 66 miliard sluneční hmoty. Vzhledem k tomu, že jeho světlo cestuje téměř 11 miliard let, než se k nám dostane, byl TON 618 obrovský už v době, kdy byl vesmír starý jen několik miliard let. Jak tedy tyto černé díry narostly tak rychle?

Jedna myšlenka je, že některé z úplně první hvězdy byli obři. S hmotností více než 10 000 Sluncí by taková hvězda měla velmi krátké trvání a rychle by se zhroutila do velké černé díry. Tyto první černé díry by fungovaly jako semena v centru galaxie a spotřebovávaly okolní materiál, aby rychle rostly. Některé z nich by se dokonce srazily a spojily a vytvořily ještě větší černou díru. I když je to rozumný model, počítačové simulace zjistily, že tento proces trvá příliš dlouho. Tento proces nemůže vytvořit druh černých děr, které vidíme v raném vesmíru, jako je TON 618.

Přímý snímek supermasivní černé díry v M87. Kredit: EHT Collaboration

Další myšlenka je známá jako scénář přímého kolapsu. V tomto modelu se najednou vytvoří malá supermasivní černá díra. Hustý plyn uprostřed protogalaxie se dostatečně ochladí, aby se zhroutil vlastní vahou a vytvořil černou díru. Vzhledem k tomu, že tyto černé díry by měly náskok, pokud jde o hmotnost, mohou rychle vyrůst v supermasivní černé díry, které pozorujeme.

Dosud jsme nebyli schopni pozorovat přímý kolaps černé díry (DCBH). Před několika lety bylo pomocí infračervených signálů objeveno několik kandidátních DCBH. To by se mohlo potvrdit, až bude koncem tohoto roku (možná) vypuštěn vesmírný dalekohled Jamese Webba. Ale nedávno studie tvrdí, že bychom mohli pozorovat DCBH podle jejich rádiových podpisů.

Když černé díry aktivně konzumují blízkou hmotu, mohou vytvářet silné výtrysky horké plazmy. Tyto výtrysky jsou rádiově hlasité a jsou jedním ze způsobů, jak identifikujeme supermasivní černé díry. Černé díry s přímým kolapsem by měly mít podobné výtrysky, ale materiál výtrysku by byl hustší. A protože DCBH se vytvořily v raném vesmíru, jejich rádiové signály by byly více rudé. Tato nejnovější práce tvrdí, že rádiová signatura DCBH by měla podobnou strukturu, ale byla by snadno odlišitelná od rádiových trysek, které vidíme dnes. Podpis by se také lišil od výtrysků vytvořených zárodečnými černými dírami.

Bohužel tyto rádiové zdroje s vysokým rudým posuvem nejsou současnými radioteleskopy vidět. Měly by však být dostatečně jasné, aby je detekovalo pole Square Kilometer Array (SKA) a navrhovaná další generace Very Large Array (ngVLA).

Odkaz:Yue, B. a A. Ferrara. “ Rádiové signály z časných přímých kolaps černých děr .'Měsíční oznámení Královské astronomické společnosti506,4 (2021): 5606–5618.