Vědci pozorovali černou díru starou jako vesmír. Je milionkrát větší než Slunce

Pozorování Vesmírným dalekohledem Jamese Webba (JWST) ji odhalila v centru galaxie, která se zrodila pouhých 440 milionů let po Velkém třesku. Na mladou černou díru, byla ovšem překvapivě velká. Je totiž přibližně milionkrát větší než slunce, což vedlo vědce k otázce, jak mohla vyrůst tak rychle. Profesor Roberto Maiolino z Univerzity v Cambridge, který pozorování vedl, prohlásil, že „překvapující bylo, jak byla masivní. To jsme vůbec nečekali.“

Žádné přímé záběry tohoto obra neexistují, protože z jeho spárů neuniká žádné světlo. Astronomům se ale podařilo detekovat jasné známky jeho akrečního disku, prstence plynu a prachu, který se kolem této kosmické průrvy rapidním tempem točí.

Vědci se domnívají, že jim tyto rané černé díry pomohou rozlousknout záhadu, jak se jejich gigantičtí sourozenci ve středech galaxií, jako je Mléčná dráha, rozrostli do rozměrů miliardkrát větších, než je hmotnost slunce. Dosud se předpokládalo, že zkrátka po dobu 14 miliard let pomalu rostli spojováním se s dalšími černými dírami a pojídáním hvězd a dalších objektů. Tato hypotéza ovšem nevysvětluje epické proporce současných supermasivních černých děr.  

Nejnovější pozorování galaxie s názvem GN-z11 posouvají kořeny této záhady zpět k zárodkům černých děr a naznačují, že se buď už rodí velké, nebo se rozrůstají krátce po zrodu. „Pochopit, kde se vůbec černé díry berou, bylo vždycky hříčkou, ale ta se teď zdánlivě ještě více komplikuje,“ uvedl profesor Andrew Pontzen, kosmolog z Londýnské univerzity, který se na pozorováních sám nepodílel. „Tyto závěry využívající schopnosti Webbova dalekohledu k nahlédnutí do minulosti naznačují, že se některé černé díry v mladém vesmíru rozrostly ohromným tempem, mnohem vyšším než jsme očekávali.“

Možné vysvětlení, známé jako hypotéza těžkých semen, tvrdí, že raná generace černých děr se zrodila z přímého kolapsu velkých plynových mraků a ne z vyhořelých hvězd, které se na konci života zhroutily pod vlastní gravitační silou. Druhou možností je, že se v raném vesmíru kompaktní shluky hvězd s černými dírami sjednocovaly mnohem rychleji.  

Třetí a spekulativnější hypotéza mluví o existenci takzvaných prvotních černých děr, které se zrodily během expanze kosmu. To je fáze, ve které se vesmír roztahoval rychlostí přesahující rychlost světla a ke které došlo pouhý zlomek vteřiny po Velkém třesku. To by obrátilo na hlavu předpokládané pořadí dějů, podle kterého nejprve vznikly galaxie a černé díry začaly růst až v nich. Prvotní černé díry by do látky kosmu byly vpletené už od samého počátku.

„Kdyby to byla pravda, mělo by to významné implikace ohledně toho úvodního zlomku vteřiny existence našeho vesmíru,“ řekl Pontzen. „Příběh toho, jak společně vyrůstaly černé díry a galaxie je každopádně úchvatný a my jej teprve začínáme skládat dohromady.“

Muskův pokus číslo 2. Obří raketa Starship dosáhla vesmíru, slibuje revoluci

Tyto nálezy jsou nejnovějšími ze série ohromujících objevů, které vesmírná observatoř NASA učinila za pouhé dva roky od svého spuštění. JWST je přibližně stokrát citlivější než předchozí dalekohledy, jako ten Hubbleův, na prezenci infračerveného světla, což je ta část spektra používaná k vidění nejvzdálenějších objektů. „Je to jako byste Galileovi dali moderní teleskop,“ vysvětluje Maiolino. „Je to 400 let inovací potenciálně zkompresovaných do doby provozu JWST.“

Maiolino dále uvedl, že před spuštěním dalekohledu bylo možné, že bude jen novým oknem otevřeným na „nudné potvrzení“ toho, co už je známé. „To se ale nestalo. Vesmír je poměrně štědrý. Skutečně nacházíme věci, které jsme nečekali,“ řekl závěrem.

Černé díry patří mezi nejpodivnější a nejděsivější vesmírné objekty. Mají tak intenzivní gravitaci, že jejich spárům neunikne ani hmota a ani světlo. Její okraje jsou vyměřeny horizontem událostí. Cokoliv, co tuto hranici překročí, je navždy ztraceno.

Studují se velmi obtížně, protože je prakticky nelze vidět, ale aplikace fyzikálních zákonů přináší bizarní poznatky. Při přiblížení se k černé díře může její gravitační sklon být tak extrémní, že se objekty roztáhnou při procesu nazývaném „špagetyfikace“. Na horizontu událostí je gravitace tak silná, že se světlo kolem černé díry láme v perfektním oblouku, takže kdyby na něm stál člověk, pozoroval by zezadu vlastní hlavu.

Co leží za horizontem událostí, není známo. Podle Einsteinovy obecné teorie relativity by měla hustota ve středu černé díry být nekonečná, čímž by vznikla gravitační singularita. Toto roztržení časoprostoru by nemělo žádné „kde“ nebo „kdy“ a leželo by mimo běžné fyzikální zákony. Zda takovéto singularity skutečně existují není jasné.  

Velikosti černých děr jsou různé. Hvězdné černé díry vzniklé ze zbytků masivních hvězd mohou být až dvacetkrát větší než naše slunce. Supermasivní černé díry jako Sagittarius A* ve středu Mléčné dráhy mohou být milionkrát až miliardkrát větší než slunce a hrají klíčovou roli v galaktické evoluci.   

Astronomové v pozorování černých děr dosáhli v poslední dekádě významných pokroků. První záběry prstence černé díry zachytil dalekohled Event Horizon Telescope v roce 2019 a nyní jsou astronomové také již schopni pozorovat spojování černých děr detekcí gravitačních vln, které tento jev vysílá do časoprostoru. Nejnovější pozorování spolu s dalšími a ještě vzdálenějšími cíli JWST by teď měli utvořit představu o původu těchto tajemných objektů.