Galaktické černé díry jsou podivuhodná monstra, jejichž hmota odpovídá milionům nebo i miliardám Sluncí. Nadšenci výzkumu

Simulace splývání trojice kvasarů v kosmickém poledni. Kredit: Ni et al. (2022), Astrophysical Journal Letters.

vesmíru je milují, zato astronomům dělají vrásky na čele. Jsou to totiž obrovští vesmírní potížisté. Nejde přitom jen o to, že by v nich měla být singularita, tedy stav, na kterém si vylamují zuby soudobé fyzikální teorie.

Problém s obrovskými černými dírami je především v tom, že pozorujeme tyto gravitační příšery, včetně těch opravdu hodně velikých, v mladém vesmíru. Vědcům není jasné, jak to takové černé díry mohly stihnout. Jak mohly takhle vyrůst za dobu, co se vesmír jakžtakž zklidnil po Velkém třesku?

Yueying Ni. Kredit: Y. Ni.

Tento problém se týká i ultramasivních černých děr v kosmickém poledni. Astronomové přezdívají „kosmické poledne“ (cosmic noun) období, kdy byl vesmír starý asi 2 až 3 miliardy let. Tehdy proběhla překotná tvorba hvězd, během níž se zrodila asi polovina hvězd, které se vyskytují v dnešních galaxiích. Jako ultramasivní černé díry označují někteří odborníci supermasivní černé díry, které jsou hmotnější než 5-10 miliard Sluncí. Nejde o skálopevně definovaný pojem. Otázkou je, jak mohly tak velké černé díry vzniknout v tak mladém vesmíru.

Zajímavé vysvětlení nedávno se svými kolegy nabídla kosmoložka Yueying Ni z amerického výzkumného centra Harvard–Smithsonian Center for Astrophysic.

Logo. Kredit: Harvard–Smithsonian Center for Astrophysic.

Použili k tomu jednu z doposud nejrozsáhlejších simulací vesmíru Astrid, na jejímž vývoji se Ni podílela. Astrid je největší v oblasti simulací vzniku galaxií, pokud jde o počet simulovaných „částic“ nebo třeba využití počítačové paměti.

Simulace Astrid byla vyvinuta na superpočítači Frontera (momentálně 19. na světě), nejvýkonnějším akademickém superpočítači USA, který pracuje v centru Texas Advanced Computing Center (TACC). Je doslova šitá superpočítači Frontera na tělo. Přesto, jak prozrazuje Ni, nebyly tyhle simulace nic lehkého. Ale stálo to za to.

Výsledky simulací systému Astrid ukázaly, že ultramasivní černé díry mohly v kosmickém poledni vzniknout při splývání masivních galaxií se supermasivními černými dírami. Konkrétně jde o scénář, v němž splynou tři blízké kvasary, tedy horečnatě aktivní galaktická jádra, jaká se vyskytovala v mladém vesmíru. Výzkum týmu Ni opět potvrzuje, jak užitečné jsou pro kosmology a astrofyziky simulace vesmíru. Pomáhají vyplňovat mezery, které doposud máme ve znalostech o vzniku a vývoji vesmírných objektů i celého známého vesmíru.

Video: BlueTides Simulation: Predictions for the First Galaxies and Quasars at the Cosmic Dawn - Yueying Ni

Video: Frontera - the Fastest Academic Supercomputer in the World

Literatura

Phys.org 1. 3. 2023.

Astrophysical Journal Letters 940: L49.