Černá díra galaxie UHZ1 mohla vzniknout přímým zhroucením mračna plynu

Jak vznikly ohromující supermasivní černé díry ve velmi mladém vesmíru? Objev galaxie UHZ1, která má vzhledem ke své hmotnosti přerostlou supermasivní černou díru hraje do karet modelu „heavy seed,“ podle něhož supermasivní černé díry pocházejí z přímých kolapsů masivních mračen.

Rekonstrukce galaxie UHZ1. Kredit: NASA, ESA, N. Bartmann.

Supermasivní černé díry se vymykají naší představivosti. Neviditelná monstra o hmotnosti milionů a někdy i miliard Sluncí, která sedí uprostřed prakticky každé galaxie. Stále jsou dost záhadná, především pokud jde o jejich vznik. Není tajemstvím, že je pozorujeme ve velice mladém vesmíru, kde vznikly až příliš brzy po Velkém třesku. Jak se to mohlo stát?

Priyamvada Natarajan. Kredit: Michael Marsland / Yale University.

Stále to není jasné. Jednou z možností je, že supermasivní černé díry původně vznikly jako černé díry hvězdné velikosti a pak nějakým záhadným procesem nashromáždily ohromné množství hmoty podstatně rychleji, než jak to umožňují dnešní mainstreamové modely (light seed model). Další možnou cestou je přímé zhroucení velkého množství hmoty přímo do supermasivní černé díry, která by tím pádem nezačínala od „nuly,“ ale měla by od počátku slušnou hmotnost (heavy seed model).

Logo. Kredit: Yale University.

Astronomové nedávno objevili významný důkaz, který podporuje scénář přímého zhroucení hmoty do supermasivní černé díry. Priyamvada Natarajanová z Yale a Harvardu se svými kolegy objevila ve snímcích Vesmírného dalekohledu Jamese Webba velmi ranou galaxii UHZ1. Její záření k nám přichází z doby, kdy bylo vesmíru pouhých 500 milionů let. Taková galaxie je sama o sobě pozoruhodná. Ještě zajímavější ale bylo, že podle pozorování vesmírné rentgenové observatoře Chandra má tahle galaxie příliš velkou supermasivní černou dírou.

V blízkém vesmíru hmotnost supermasivních černých děr pěkně odpovídá hmotnosti hvězd v dané galaxii a jejich pohybu. V mladém vesmíru to tak ale fungovat nemuselo. Někteří odborníci se domnívají, že galaxie procházely fází „přerostlé supermasivní černé díry“ (OBG, Outsize Black Hole Galaxy phase). A to mohlo být způsobené kolapsem mračna plynu o hmotnosti cca 10 až 100 tisíc Sluncí přímo do supermasivní černé díry.

Natarajanová a spol. dali dohromady spoustu dat o galaxii UHZ1 a pak je prohnali mnoha simulacemi. Ukázalo se, že pozorování galaxie UHZ1 nejlépe odpovídají modelu heavy seed, s přímým zhroucením mračna o hmotnosti kolem 10 tisíc Sluncí. Z analýz rovněž vyplynulo, že galaxie UHZ1 zřejmě prodělala nedávné splynutí s jinou galaxií, což nebylo v této fázi vývoje galaxií zřejmě žádnou vzácností. Pozorování dalších galaxií z velmi mladého vesmíru by mohlo prozradit víc.

Video: Priyamvada Natarajan: How Black Holes Shape Galaxies