Nová studie předpovídá existenci mas větších než supermasivní černé díry ve vesmíru

V blízkosti středu galaxie Mléčná dráha se nachází masivní objekt, který astronomové nazývají Sagittarius A*. Tato „supermasivní“ černá díra možná vyrostla spolu s naší galaxií a není sama. Vědci se domnívají, že podobný obr leží v srdci téměř všech velkých galaxií ve vesmíru.

Některé z nich mohou být opravdu velké, řekl Joseph Simon, postdoktorandský výzkumník na katedře astrofyziky a planetárních věd na University of Colorado Boulder.

„Černá díra ve středu naší galaxie je milionkrát hmotnější než Slunce, ale vidíme i další, o kterých si myslíme, že jsou miliardkrát větší než Slunce,“ řekl.

Astrofyzik zasvětil svou kariéru studiu chování těchto těžko pozorovatelných objektů. V nedávné studii použil počítačové simulace nebo „modely“ k předpovědi hmotností největších supermasivních černých děr ve vesmíru – matematický koncept známý jako funkce hmotnosti černé díry.

Jinými slovy, Simon se snažil určit, co byste mohli najít, kdybyste mohli každou z těchto černých děr poskládat jednu po druhé v gigantickém měřítku.

Jeho výpočty naznačují, že před miliardami let mohly být černé díry v průměru mnohem větší, než vědci dříve předpokládali. Zjištění by mohla výzkumníkům pomoci vyřešit větší záhadu, objasnit síly, které formovaly objekty jako Sagittarius A*, když vyrostly z malých černých děr do obrů, kterými jsou dnes.

„Začínáme z různých různých zdrojů vidět, že ve vesmíru byly od velmi raného věku velmi masivní věci,“ řekl Simon.

Své poznatky zveřejnil 30. května v Astrophysical Journal Letters.

Galaktická symfonie

Pro Simona jsou tyto „velmi objemné věci“ chlebem a máslem.

Astrofyzik je součástí druhého výzkumného úsilí nazvaného Severoamerická observatoř nanohertzových gravitačních vln (NANOGrav). S tímto projektem Simon a stovky dalších vědců ve Spojených státech a Kanadě strávili 15 let výzkumem fenoménu známého jako „gravitační vlnové pozadí“. Tento koncept se týká neustálého proudu gravitačních vln nebo obřích vln v prostoru a čase, které se vlní vesmírem na téměř konstantní bázi.

Tato kosmická hybnost má také svůj původ v supermasivních černých dírách. Simon vysvětlil, že pokud se ve vesmíru srazí dvě galaxie, centrální černé díry by se také mohly srazit a dokonce se spojit. Víří se, než do sebe narazí jako dva činely v orchestru – pouze tento činel generuje gravitační vlny, které doslova deformují strukturu vesmíru.

Aby vědci pochopili pozadí gravitačních vln, potřebují nejprve vědět, jak masivní supermasivní černé díry ve vesmíru skutečně jsou. Větší činely vytvářejí větší výbuch a produkují mnohem více gravitačních vln, řekl Simon.

Je tu jen jeden problém.

„Už máme dobrá měření hmotností supermasivních černých děr naší galaxie a blízkých galaxií,“ řekl. „Nemáme stejné druhy měření pro vzdálené galaxie. Musíme jen hádat.“

Černých děr přibývá

Simon se ve svém novém výzkumu rozhodl hádat zcela novým způsobem.

Nejprve shromáždil informace o stovkách tisíc galaxií, starých několik miliard let. (Světlo se může pohybovat jen tak rychle, takže když lidé pozorují vzdálené galaxie, dívají se zpět v čase.) Simon použil tyto informace k výpočtu přibližných hmotností černých děr pro největší galaxie ve vesmíru. Potom použil počítačové modely k simulaci gravitačních vln pozadí, které by tyto galaxie vytvořily a které v současnosti omývají Zemi.

Simonovy objevy odhalují celý rozsah mas supermasivních černých děr ve vesmíru, které se datují téměř 4 miliardy let. Všiml si také něčeho zvláštního: zdálo se, že před miliardami let bylo ve vesmíru roztroušeno mnohem více velkých galaxií, než předpovídaly některé předchozí studie. Nedávalo to smysl.

„Očekávalo se, že tyto opravdu masivní systémy uvidíte pouze v blízkém vesmíru,“ řekl Simon. „Chvíli trvá, než černé díry vyrostou.“

Jeho výzkum však přispívá k rostoucímu množství důkazů, které naznačují, že možná nepotřebují tolik času, jak se kdysi astrofyzikové domnívali. Například tým NANOGrav viděl podobné signály obřích černých děr číhajících ve vesmíru před miliardami let.

Simon zatím doufá, že prozkoumá celou škálu černých děr táhnoucích se ještě dále v čase a odhalí vodítka o tom, jak vznikla Mléčná dráha a nakonec i naše sluneční soustava.

„Porozumění masám černých děr je rozhodující pro některé z těchto základních otázek, jako je pozadí gravitačních vln, ale také to, jak rostou galaxie a jak se vyvíjel náš vesmír,“ řekl Simon.