Našli jsme unikající černou díru střední velikosti

TLDR: Gravitační čočkování naznačuje první objev černé díry o velikosti 55 tisíc Sluncí. Jejich katalogizace by mohla naznačit víc o původu těchto „motorů vesmíru“. Studie tu.

Publikováno původně 7.dubna 2021, znovuvydáno v rámci série rok ve vědě.

Za ledničku jsme se dívali

I vám se jistě někdy stalo, že jste po dlouhém, předlouhém hledání našli nějaký ztracený předmět (klíče, brýle, dítě). Dovedete si tedy nejspíše představit radost, kterou mají nyní vědátoři z detekce „střední“ černé díry, na kterou přišel tým Jamese Payntera z Monash University díky jejímu gravitačnímu čočkování záblesku záření gama!

OK, tohle asi dost pojmů/průjmů pro náhodné kolemjdoucí, takže si představíme pár zásadních okruhů. Černé díry – určitě jste o nich už obecně slyšeli – mají pro astrofyziky jednu nepříjemnou vlastnosti, a totiž, že neznáme jejich střední třídu.

Víme o černých dírách, které mají hmotnost desítek Sluncí. A pak víme o supermasivních černých dírách, která má hmotnost kolem 140 milionů Sluncí. Ale povážlivě nám chybí detekce čehosi mezi oběma extrémy. A věřte, že i za ledničku se už zoufalí astrofyzici vážně koukali!

Objevily se sice už nějaké gravitační vlny, které naznačují na spojování těch nejmenších černých dírek do větších černoděr (jejichž spojování by mohlo generovat ty největší ďury), ale nynější detekce je přesto zatím nejvýznamnější detekcí této unikající střední třídy. Ale jak na ni došlo?

Kočkování s čočkováním

To se pojí s těmi dalšími pojmy. Už od prvních experimentů s teorií relativity století nazpět víme, že jakýkoliv velmi hmotný objekt kolem sebe jako optická čočka zakřivuje putující záření. Není to vlastní jen černým dírám, ale u nich je to nejviditelnější – protože třeba jinak ve svém okolí mnohdy nic nemají, a najednou nám „zvětšují“ pohled na objekty za sebou. Ale tohle tzv. gravitační čočkování neplatí jenom pro viditelné světlo, ale jakékoliv záření.

A Paynterův tým to nyní v praxi otestoval na záblesku záření gama, který vyslal nějaký úplně jiný jev (dost možná zcela jiný černá díra konzumující hmotu), a jemuž se do cesty zřejmě postavila černá díra… o střední hmotnosti 55 tisíc Sluncí!

Nelze nicméně samozřejmě vyloučit, že nynější pozorování budou jiné týmy vidět odlišně. Mezi námi a původním zdrojem gama záření se totiž nachází 8 miliard světelných let. Což je hodně. Zdroj záření vnikl podstatně dříve po Velkém třesku. Odchylka způsobená čočkování je tedy relativně malá. Jiné týmy tak, jak už to chodí, můžou přijít s alternativními vysvětleními anomálie.

Pokud ale ověření potvrdí, že zdrojem čočkování je středně velká černá díra, bude to významný kousek skládačky do toho, jak tyto motory vesmíru vznikly.

Teprve začínáme

I když je totiž sice možné, že supermasivní černé díry (tj. ty největší) vznikly pěkně spořádaně během hvězdných supernov a dorostly do své velikosti postupně, nabízí se ještě možnost druhá. Totiž, že již během Velkého třesku vzniky takzvané primordiální černé díry. Jak se hmota vesmíru během expanze rozprostřela do širokých dálav, na onu expanzi nemuselo dojít homogenně. A někde tak mohla hmota vytvořit černé díry ještě před tím, než vznikly první hvězdy.

Podobní skokani pak mohli nasávat hmotu nerušeně po miliardy let, stejně jako se spojovat dohromady. Tato alternativní teze by vysvětlovala, proč nám střední černé díry unikají. Ale ověření či vyvrácení této hypotézy bude čekat na to, kolik dalších zástupců střední třídy se nyní podaří najít. Čeká nás tedy nejspíše další vzrušení z hledání toho, co nám dlouho uniká!

[Ladislav Loukota]

Vědátor vzniká v dílně spolku studentů a popularizátorů vědy UP Crowd za podpory MUDRstart, který tvoří přípravné testy pro studenty vysokých škol. Krom různých autorů projekt jako šéfredaktor vede Ladislav Loukota – jeho kontaktní mail je [email protected]