Objav čiernych dier by nás mohol prinútiť prehodnotiť, ako vznikajú galaxie

Veľmi veľký ďalekohľad (VLT) Európskeho južného observatória, ktorý nahliadol hlboko do počiatkov vesmíru, nedávno potvrdil objav najjasnejšieho a najrýchlejšie rastúceho kvazaru. Kvazary sú svetelné objekty na nočnej oblohe poháňané plynom padajúcim do veľkej čiernej diery v strede galaxie.

Objav tohto rekordného objektu bol dostatočne fascinujúci. Ďalším kľúčovým aspektom oznámenia je však to, že vyvoláva veľké otázky o formovaní galaxií v ranom vesmíre.

Hlavne zostáva záhadou, ako sa tento kvazar, ktorý existoval menej ako dve miliardy rokov po Veľkom tresku, mohol tak rýchlo rozrásť. Skúmanie tohto rébusu by mohlo dokonca viesť k prehodnoteniu toho, ako vznikli galaxie.

Čierne diery, najhustejšie objekty vo vesmíre, dostali toto meno, pretože ich gravitačná sila je taká neuveriteľne silná, že z ich zovretia nemôže uniknúť ani svetlo. Ako potom môže byť čierna diera zdrojom takého intenzívneho svetelného zdroja?

No, v niektorých galaxiách, kde je čierna diera dostatočne veľká, sa hmota vťahuje brutálne vysokou rýchlosťou. Ako sa špirálovito približuje, prudké zrážky medzi plynmi, prachom a hviezdami vedú k emisii obrovského množstva svetelnej energie. Čím väčšia je čierna diera, tým prudšie sú zrážky a tým viac svetla sa vyžaruje.

Kvazar, ktorý bol predmetom najnovšej štúdie, známy ako J0529-4351, má hmotnosť ekvivalentnú 17 miliardám sĺnk a je neuveriteľne veľký.

V strede galaxie sa nachádza špirálovitý disk hmoty zasahujúci do šírky siedmich svetelných rokov a čierna diera sa zväčšuje pribúdaním (akumuláciou) tejto hmoty. Šírka disku je porovnateľná so vzdialenosťou medzi Zemou a ďalším najbližším hviezdnym systémom Alpha Centauri.

Skrytý na očiach

Čierna diera rýchlo rastie, pretože spotrebuje rekordné množstvo hmoty, čo zodpovedá jednému slnku každý deň. Toto intenzívne narastanie hmoty uvoľňuje množstvo vyžarujúcej energie, ktorá sa rovná kvadriliónom (tisícom biliónov) sĺnk.

To vyvoláva otázku, prečo bol taký jasný objekt na nočnej oblohe identifikovaný až teraz, napriek desaťročiam astronomických pozorovaní. Ukazuje sa, že tento záludný kvasar sa skrýval na očiach.

Napriek svojej úžasnej svietivosti je J0529-4351 veľmi vzdialená, čo znamená, že hladko zapadá medzi more slabších hviezd, ktoré ležia oveľa bližšie k Zemi. V skutočnosti je tento kvazar tak ďaleko, že svetlu, ktoré vyžaruje, trvá neuveriteľných 12 miliárd rokov, kým sa dostane až sem na Zem.

Vek vesmíru je približne 13,7 miliardy rokov. Tento kvazar teda existoval len 1,7 miliardy rokov po Veľkom tresku, na začiatku vesmíru.

Rozpínanie vesmíru po Veľkom tresku je to, čo nám umožňuje merať vzdialenosť, a teda vek tohto kvazaru. Dlho známy jednoduchý vzorec nazývaný Hubbleov zákon hovorí, že poznanie rýchlosti, ktorou sa objekt od nás vzďaľuje, nám umožňuje vypočítať, ako ďaleko je.

Zrážky, ku ktorým dochádza, keď sa hmota špirálovito dostáva do čiernej diery tohto kvazaru, ju zvyšujú na horúcu teplotu 10 000 °C. Za týchto podmienok vyžarujú atómy v systéme charakteristické spektrum svetla.

Tieto diskrétne frekvencie svetla tvoria akýsi čiarový kód, ktorý môžu astronómovia použiť na identifikáciu elementárneho zloženia objektov na nočnej oblohe.

Keď sa objekt, ktorý vyžaruje svetlo, vzďaľuje od nás, frekvencia pozorovaného svetla sa mení, podobne ako sa mení frekvencia zvuku sirény sanitky v závislosti od toho, či ide k vám alebo od vás.

Tento posun pozorovaný v astronomických objektoch je známy ako červený posun. To spolu s Hubbleovým zákonom umožnilo potvrdiť vek aj vzdialenosť (obe tieto vlastnosti sú v kozmológii spojené) J0529-4351.

Tento jasný maják z raného vesmíru vyvolal dôležitú otázku, ktorá mätie astronómov: ako mohla táto čierna diera v tak relatívne krátkom čase tak rýchlo vyrásť na taký masívny objekt? Podľa dobre prijatých modelov raného vesmíru by malo trvať dlhšie, kým narástol do tejto veľkosti.

A čo viac, vyladením modelov umelej inteligencie (AI) používaných na skenovanie údajov teleskopov pre tieto nezvyčajné objekty, by sa v najbližších rokoch dalo nájsť ešte viac. Ak sa podobajú na J0529-4351, fyzici by museli vážne prehodnotiť svoje modely raného vesmíru a formovania galaxií.

Najrýchlejšie rastúca čierna diera, aká bola kedy pozorovaná, bude dokonalým cieľom pre systém s názvom Gravity+, nadchádzajúcu modernizáciu nástroja na ďalekohľade Very Large Telescope nazývaného interferometer. Tento interferometer je dômyselný spôsob kombinovania údajov zo štyroch samostatných teleskopov, ktoré v skutočnosti tvoria VLT.

Gravity+ je navrhnutý tak, aby priamo meral rýchlosť rotácie a hmotnosť čiernych dier, najmä tých, ktoré ležia ďaleko od Zeme.

Okrem toho je v čílskej púšti Atacama v súčasnosti vo výstavbe Extrémne veľký ďalekohľad Európskeho južného observatória, odrážajúci ďalekohľad s priemerom 39 metrov. Toto je určené na detekciu optických a blízkych infračervených vlnových dĺžok charakteristických pre vzdialené kvazary a vďaka tomu bude v budúcnosti identifikácia a charakterizácia takýchto nepolapiteľných objektov ešte pravdepodobnejšia.

Robin Smith, docent fyziky, Sheffield Hallam University

Tento článok je znovu publikovaný z Konverzácia pod licenciou Creative Commons. Čítať pôvodný článok.