Tři studie naznačují, proč byl raný vesmír plný rychle rostoucích černých děr

Nejde zatím o jedno definitivní vysvětlení, ale o skládačku ze tří vzájemně se doplňujících možností. Některé černé díry v raném vesmíru mohly vzniknout z nezvykle hmotných zárodků, pak rychle nabírat plyn a v prostředí vzájemně se ovlivňujících galaxií také růst slučováním. „Malé červené tečky“ z vesmírného dalekohledu Jamese Webba (JWST) tak mohou být viditelnou stopou této bouřlivé růstové fáze — neznamená to ale, že všechny mají stejný původ.

Zárodky, které nejsou úplně prvotní

Jeden teoretický návrh pracuje s mírnými přehustotami temné hmoty. Ty mohly velmi brzy soustředit plyn. Tehdy však bylo reliktní mikrovlnné záření — dozvuk po velkém třesku — stále dost horké na to, aby plyn obtížně chladl, štěpil se na menší shluky a vytvářel obyčejné hvězdy.

Plyn by proto mohl zkolabovat přímo do černých děr ještě před vznikem hvězdných populací. Takové objekty by vznikly později než skutečně prvotní černé díry, které by se zrodily v nejranějších okamžicích vesmíru, ale dříve než běžné černé díry po kolapsu hvězd. Výhodou je mnohem větší počáteční hmotnost, a tedy snazší vysvětlení, jak mohly černé díry pohánějící rané kvasary vyrůst tak rychle. Zatím jde ovšem o navržený mechanismus, nikoli o přímé pozorování takového zárodku. 8

Dvojice červených teček jako možná cesta ke slučování

Analýza přehlídky COSMOS-Web našla čtyři kandidátní dvojice malých červených teček s promítnutými úhlovými rozestupy 0,2 až 1,2 úhlové vteřiny. To ukazuje na možný nadbytek velmi blízkých dvojic. 14

Pokud spektroskopie potvrdí, že oba členy každé dvojice leží ve stejném rudém posuvu a ukrývají akreující černé díry, mohly by srážky a interakce galaxií přivádět plyn k jejich centrům. Tím by spouštěly další růst a nakonec i spojení samotných černých děr. Vedle pohlcování plynu by tedy existovala i hierarchická cesta růstu prostřednictvím slučování.

Slovo „kandidátní“ je zde zásadní: promítnuté zarovnání na obloze, skutečná fyzická blízkost a budoucí splynutí černých děr jsou tři odlišné věci, které je ještě nutné ověřit. 14

MoM-BH*-1: černá díra převlečená za hvězdu

Navržená interpretace objektu MoM-BH*-1, označovaného jako „hvězda s černou dírou“, názorně ukazuje, jak může rychle rostoucí černá díra v raném vesmíru působit jako malý červený zdroj podobný hvězdě. Jeho spektrum nejlépe odpovídá hustému plynnému obalu, který zahřívá centrální akreující černá díra, nikoli běžná jaderná fúze. 1

V popsaném modelu má centrální černá díra hmotnost přibližně 100 000 Sluncí. Obklopuje ji mimořádně hustý vodíkový kokon zhruba o velikosti Sluneční soustavy. Už to představuje „těžký“ zárodek, nikoli černou díru vzniklou z jediné obyčejné hvězdy. 1

Co z toho plyne

Raný vesmír mohl vytvářet superhmotné černé díry kombinací tří urychlovačů: hmotných počátečních zárodků, dlouhodobého — a možná i skrytého — rychlého přísunu plynu a růstu vyvolaného slučováním.

Je to méně radikální scénář než představa obrovské populace černých děr vzniklých hned v prvním okamžiku po velkém třesku. Stále však vyžaduje vzácná raná prostředí, v nichž se potlačilo normální formování hvězd a plyn se dokázal mimořádně účinně soustředit.

Důležitá zůstává opatrnost: první práce je teoretická, blízké dvojice čekají na potvrzení a MoM-BH*-1 může být pouze jednou třídou malých červených teček, nikoli vysvětlením celé jejich populace. 8141