Mezinárodní tým astronomů využil vesmírný teleskop NASA/ESA/CSA Jamese Webba k nalezení důkazů o probíhajícím splynutí dvou galaxií a jejich masivních černých děr v době, kdy byl vesmír starý pouhých 740 milionů let. Jedná se o nejvzdálenější detekci splynutí černých děr, jakou se kdy podařilo získat, a o první případ, kdy byl tento jev zjištěn v tak raném období vesmíru.
Ve většině masivních galaxií v místním vesmíru, včetně naší galaxie Mléčné dráhy, astronomové objevili supermasivní černé díry s hmotnostmi milionkrát až miliardkrát většími než je hmotnost Slunce. Tyto černé díry měly pravděpodobně zásadní vliv na vývoj galaxií, v nichž se nacházejí. Vědci však stále plně nerozumí tomu, jak tyto objekty narostly do takové hmotnosti. Nález gargantuovských černých děr již v první miliardě let po velkém třesku naznačuje, že k takovému růstu muselo dojít velmi rychle a velmi brzy. Vesmírný teleskop Jamese Webba nyní vrhá nové světlo na růst černých děr v raném vesmíru.
Nová pozorování Webbova dalekohledu poskytla důkazy o probíhajícím slučování dvou galaxií a jejich masivních černých děr v době, kdy byl vesmír starý pouhých 740 milionů let. Tento systém je známý jako ZS7.
Masivní černé díry, které aktivně akreují hmotu (postupně se zvětšují nebo rostou přidáváním nových vrstev nebo částí), mají charakteristické spektrografické rysy, které astronomům umožňují jejich identifikaci. U velmi vzdálených galaxií, jako jsou galaxie v této studii, jsou tyto znaky ze Země nedostupné a lze je pozorovat pouze pomocí Webbova teleskopu.
„Nalezli jsme důkazy o velmi hustém plynu s rychlými pohyby v blízkosti černé díry, stejně jako horký a vysoce ionizovaný plyn osvětlený energetickým zářením, které obvykle produkují černé díry při svých akrečních epizodách,“ vysvětlila hlavní autorka Hannah Üblerová z University of Cambridge ve Velké Británii. „Díky bezprecedentní ostrosti svých zobrazovacích schopností umožnil Webbův teleskop našemu týmu také prostorově oddělit obě černé díry.“
NVIDIA: Prémiový počítač s umělou inteligencí pohání GPU, nikoliv NPU
Tým zjistil, že jedna ze dvou černých děr má hmotnost, která je 50 milionkrát větší než hmotnost Slunce. „Hmotnost druhé černé díry je pravděpodobně podobná, i když je mnohem obtížnější ji změřit, protože tato druhá černá díra je pohřbena v hustém plynu,“ vysvětlil člen týmu Roberto Maiolino z University of Cambridge a University College London ve Velké Británii.
„Naše zjištění naznačují, že splynutí je důležitou cestou, kterou se mohou černé díry rychle zvětšovat, a to i za kosmického úsvitu,“ vysvětlil Hannah. „Spolu s dalšími nálezy aktivních, masivních černých děr ve vzdáleném vesmíru naše výsledky také ukazují, že masivní černé díry utvářely vývoj galaxií od samého počátku.“
Tým upozorňuje, že jakmile se obě černé díry spojí, budou také generovat gravitační vlny [1]. Takové události bude možné detekovat pomocí příští generace observatoří gravitačních vln, jako je například připravovaná mise LISA (Laser Interferometer Space Antenna), kterou nedávno schválila Evropská kosmická agentura a která bude první vesmírnou observatoří zaměřenou na studium gravitačních vln.
„Výsledky pozorování nám říkají, že lehčí systémy detekovatelné pomocí LISA by měly být mnohem častější, než se dosud předpokládalo,“ sdělila vedoucí vědecká pracovnice projektu LISA Nora Luetzgendorfová z Evropské kosmické agentury v Nizozemsku. „S největší pravděpodobností nás to přiměje upravit naše modely pro četnost výskytu LISA v tomto hmotnostním rozsahu. Je to jen špička ledovce.“
Tento objev pochází z pozorování provedených v rámci programu Galaxy Assembly with NIRSpec Integral Field Spectroscopy. Tým nedávno získal nový velký program v rámci 3. cyklu pozorování Webbova dalekohledu, jehož cílem je podrobně studovat vztah mezi masivními černými dírami a jejich hostitelskými galaxiemi v první miliardě let. Důležitou součástí tohoto programu bude systematické vyhledávání a charakterizace splynutí černých děr. Toto úsilí umožní určit rychlost, s jakou dochází ke slučování černých děr v raných kosmických epochách, a posoudit roli slučování v raném růstu černých děr a rychlost, s jakou vznikají gravitační vlny od úsvitu času.
Tyto výsledky byly zveřejněny v Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Poznámky
[1] Gravitační vlny jsou neviditelné vlnění v časoprostoru. Časoprostor je čtyřrozměrná veličina popsaná Einsteinovou obecnou teorií relativity, která spojuje trojrozměrný prostor s časem. Hmotnost deformuje časoprostor a gravitace je vlastně výsledkem zakřivení časoprostoru hmotností objektu. Pohybem jakéhokoli objektu s hmotností vznikají v časoprostoru vlny, které jsou známé jako gravitační vlny. Gravitační vlny neustále nepozorovaně procházejí Zemí a jsou vytvářeny jedněmi z nejsilnějších a nejenergetičtějších událostí ve vesmíru. Patří mezi ně srážky černých děr, kolapsy hvězdných jader, splynutí neutronových hvězd nebo bílých trpaslíků, kmitání neutronových hvězd, které nejsou dokonalými koulemi, a možná i pozůstatky gravitačního záření vzniklého při zrodu vesmíru.
