Astronomové s pomocí vesmírného dalekohledu Jamese Webba odhalili nejstarší a nejvzdálenější černou díru ve vesmíru. Podle studie zveřejněné ve vědeckém časopise Nature se tento objekt zrodil pouhých 470 milionů let po velkém třesku a jeho existence by mohla vědcům pomoci vysvětlit rychlý růst supermasivních černých děr.

Tuto starodávnou černou díru přistihl dalekohled Jamese Webba v momentu, kdy doslova požírala svou vlastní galaxii GN-z11, která je od Země vzdálená 13,4 miliardy světelných let. Samotná černá díra je asi 1,6milionkrát těžší než Slunce. A hmotu ze své vlastní galaxie stravuje pětkrát rychleji, než je pro černé díry typické.

Pro představu: každých pět let pohltí ekvivalent celého Slunce, což je mnohem větší množství, než vědci předpokládali. Navíc fakt, že se takto masivní černá díra zrodila (relativně) velmi brzy po velkém třesku, podle nich nekoreluje se současnou představou, jak černé díry vznikají a jak rostou.

Vědci z Katedry fyziky University of Cambridge v čele s vedoucím týmu Robertem Maiolinem ve svém prohlášení uvedli, že objev je z pohledu pochopení fenoménu černých děr velkým skokem vpřed. Astronomové totiž doposud věřili, že supermasivní černé díry nalezené uvnitř galaxií rostly do své velikosti postupně několik miliard let.

Podle těchto klasických teorií se tedy v raném vesmíru takto rychle rostoucí, supermasivní černé díry vůbec neměly vyskytovat, protože by za tak krátkou dobu vůbec nestihly vyrůst. „Musíme se proto zamyslet nad tím, jak vlastně mohly vzniknout. Musíme použít alternativní scénáře,“ okomentoval zjištění svého týmu Maiolino na serveru NPR.com.

První ze zvažovaných možností je, že se kvůli kolapsu obrovských mračen prvotního plynu černé díry kdysi dávno takto masivní už rodily. Druhou variantou by mohl být scénář, podle nějž se rané hvězdy zhroutily a vytvořily řadu menších děr, které se následně mohly spojovat. To by v konečném důsledku vedlo k nebývale rychlému růstu výsledné černé díry.

Kromě toho vědci pracují s možností, že tato konkrétní černá díra zároveň poškozuje růst galaxie GN-z11 (bylo by asi vhodnější použít minulý čas, protože astronomové pozorovali události staré téměř jako vesmír sám). Důvodem je skutečnost, že když se černé díry krmí hmotou, vyzařují přitom do okolního prostoru energii.

A při tak bohaté hostině je množství vyzářené energie natolik velké, že dokáže – stejně jako povodeň – „odfouknout“ mezihvězdný plyn přítomný v hostitelské galaxii. Hvězdy by kvůli tomuto energetickému „průvanu“ přišly o stavební materiál, což by bránilo jejich vzniku a pomalu dusilo celou galaxii. To by pak v budoucnu zahubilo i samotnou černou díru, protože by se nakonec neměla čím živit.

Galaxie, která zářila, i když vůbec neměla

Galaxii GN-z11 objevil v souhvězdí Velké medvědice Hubbleův vesmírný teleskop v roce 2016 a v té době šlo o nejvzdálenější galaxii, jakou kdy vědci identifikovali. Vznikla před 13,4 miliardy let, tedy pouhých 400 milionů let po velkém třesku.

Tento rekord byl sice v roce 2022 překonán, když teleskop Jamese Webba objevil galaxii JADES-GS-z13-0, která je ještě o něco málo starší, tajemství, jímž je pradávná galaxie GN-z11 opředena, nicméně přetrvalo.

Vzhledem ke svému stáří a kompaktnosti byla galaxie podle serveru NPR.com podezřele zářivá. A aby mohl objekt takto jasně zářit, musel by obsahovat velké množství hvězd, což se ale vzhledem k tomu, jak mladý v té době vesmír byl, nezdálo být zrovna pravděpodobnou variantou.

Maiolino, který se přes dvacet let podílel na vývoji Webbova teleskopu, proto se svým týmem využil jednu z jeho klíčových komponent – NIR spektrometr (používá se k rozložení světla do spektra, díky čemuž vědci získají představu o fyzikálních a chemických vlastnostech pozorovaného objektu). Když ale vědci namířili nový výkonný Webbův teleskop doplněný o řečený spektrometr ke galaxii GN-z11, byla data, která získali, zpočátku matoucí.

Po shromáždění dalších dat si ale uvědomili, že jasná ultrafialová záře vysílaná vzdálenou galaxií nepochází z hvězd, ale z obrovského množství plynu vířícího kolem supermasivního objektu, který jej zároveň pohlcuje: z černé díry.