CAMBRIDGE – Vyzerá ako gigantická hviezda veľká približne ako naša Slnečná sústava. Žiari však tak intenzívne, že taký výkon nedokáže vyprodukovať žiadna známa hviezda. Keď sa astronómovia pozreli dovnútra, našli pravdepodobného vinníka – rastúcu čiernu dieru ukrytú v obrovskom kokóne hustého plynu. Objekt z počiatkov vesmíru je taký nezvyčajný, že vedci preň používajú nový názov: „black hole star“, teda hviezda s čiernou dierou.
Objavili ju vlastne náhodou
Objekt dostal nie príliš romantické meno MoM-BH-1*.
Astronómovia ho skúmali pomocou Vesmírneho ďalekohľadu Jamesa Webba v rámci programu Mirage or Miracle, skrátene MoM. Projekt bol pôvodne zameraný na hľadanie najstarších galaxií vo vesmíre.
MoM-BH*-1 však medzi ostatnými objektmi okamžite vyčnieval.
V oblasti oblohy skúmanej Webbovým ďalekohľadom bol mimoriadne červený a jasný. Pri kratších vlnových dĺžkach pritom takmer úplne mizol. Astronómovia ho preto zaradili medzi prioritné ciele pre podrobnejšiu spektroskopiu.
Keď jeho svetlo rozložili na jednotlivé vlnové dĺžky, narazili na niečo, čo dovtedy pri žiadnom známom type objektu nevideli.
Svetlo cestovalo viac ako 13 miliárd rokov
Nejde pritom o objekt zo súčasného vesmíru.
Svetlo MoM-BH*-1, ktoré dnes zachytáva Webbov ďalekohľad, vzniklo približne 660 miliónov rokov po veľkom tresku. Na cestu k nám sa teda vydalo pred viac ako 13 miliardami rokov.
Pozeráme sa tak prakticky do detstva vesmíru.
Práve v tomto období však astronómovia už nachádzajú prekvapivo veľké čierne diery. Niektoré dosahovali miliardy hmotností Slnka, hoci podľa bežných predstáv nemali mať od vzniku vesmíru dostatok času, aby tak výrazne narástli.
MoM-BH*-1 môže pomôcť vysvetliť, ako to dokázali.
Hviezda, ktorá by nemala existovať
Na prvý pohľad sa objekt správa zvláštne podobne ako hviezda.
Má akúsi obrovskú plynnú atmosféru a jeho spektrum obsahuje charakteristické znaky, ktoré astronómovia poznajú z hviezd.
Lenže je tu zásadný problém.
Je približne 100-miliárdkrát žiarivejší než typická hviezda a produkuje oveľa viac energie, než môže podľa známej fyziky vytvoriť hviezda pomocou jadrovej fúzie.
„Je to veľmi výnimočné, keď nájdete objekt, ktorý nemá obdobu napriek obrovskému množstvu údajov o miliardách hviezd, galaxií a čiernych dier v našich archívoch,“ povedal hlavný autor štúdie Rohan Naidu.
Objekt označil za nález „jeden z miliardy“.
Vnútri sa ukrýva čierna diera
Vysvetlenie vedcov znie takmer ako sci-fi.
MoM-BH*-1 pravdepodobne nie je klasickou hviezdou. V jeho strede sa nachádza rastúca masívna čierna diera, ktorú obklopuje mimoriadne hustý obal prevažne z plynu.
Energia teda nevzniká jadrovou fúziou ako v Slnku.
Čierna diera pohlcuje okolitú hmotu. Pri jej páde smerom k čiernej diere sa uvoľňuje obrovské množstvo energie. Hustý plynný obal túto energiu zachytáva a opätovne vyžaruje.
Výsledkom je objekt, ktorý má motor čiernej diery, ale navonok niektoré vlastnosti obrovskej hviezdy.
Práve preto vedci používajú pomenovanie „black hole star“.
Nejde teda o hviezdu, ktorá by mala čiernu dieru namiesto bežného jadra v doslovnom zmysle. Je to pracovné označenie pre čiernu dieru zabalenú v takom hustom plyne, že celý systém vyžaruje spôsobom pripomínajúcim hviezdu.
Plynný kokón je extrémny
Kľúčom k objavu bolo spektrum objektu.
Astronómovia zaznamenali mimoriadne výrazný takzvaný Balmerov skok, ktorý súvisí so správaním vodíka. Pri MoM-BH*-1 dosahuje hodnotu približne 7,7.
To je podstatne viac, než dokážu vysvetliť bežné modely hviezdnych populácií.
Vedci zároveň pozorovali veľmi silné absorpčné čiary vodíka.
Tie naznačujú, že plyn okolo čiernej diery musí mať extrémnu hustotu – najmenej približne miliardu atómov vodíka na kubický centimeter. Najlepšie modely pracujú s ešte výrazne vyššou hustotou.
A na rozdiel od mnohých podobných objektov nemusí byť jeho červená farba spôsobená prachom.
Červený vzhľad môže vytvárať samotný hustý plyn.
Záhada malých červených bodiek
Objav môže vyriešiť jeden z problémov, ktoré Webbov ďalekohľad astronómom sám pripravil.
Po spustení vedeckých pozorovaní začal v ranom vesmíre nachádzať zvláštne kompaktné objekty, ktoré dostali jednoduchú prezývku „little red dots“ – malé červené bodky.
Sú malé, veľmi vzdialené a nečakane jasné.
Vedci sa roky snažia pochopiť, čo vlastne vidia. Medzi možnosťami boli mimoriadne husté galaxie, obrovské hviezdy či aktívne čierne diery zahalené prachom.
MoM-BH*-1 ponúka ďalšie a veľmi zaujímavé vysvetlenie.
Aspoň časť malých červených bodiek môže predstavovať mladé rastúce čierne diery zabalené do hustých plynných kokónov.
Podporuje to aj ďalší objav Webbovho ďalekohľadu. Už v júni vedci zverejnili podrobnú analýzu objektu GLIMPSE-17775, ktorého spektrum obsahovalo viac ako 40 čiar a poskytlo dovtedy najsilnejšie dôkazy, že niektoré malé červené bodky skutočne môžu zodpovedať modelu „black hole star“.
Ako tak rýchlo vyrástli?
Odpoveď na túto otázku by mohla vyriešiť ešte väčšiu vesmírnu záhadu.
Astronómovia nachádzajú v mladom vesmíre supermasívne čierne diery s hmotnosťou miliárd Sĺnk. Problém je, že podľa tradičných modelov je ťažké vysvetliť, ako mohli za niekoľko stoviek miliónov rokov vyrásť do takých rozmerov.
Hustý plynný kokón okolo mladých čiernych dier by mohol vytvoriť podmienky, v ktorých dokážu pohlcovať hmotu mimoriadne rýchlo.
MoM-BH*-1 by tak nemusel byť iba kozmickou kuriozitou.
Mohli by sme sa pozerať na jednu z vývojových fáz, ktorými prechádzali zárodky dnešných supermasívnych čiernych dier.
Také monštrá sa dnes nachádzajú v centrách veľkých galaxií. Aj v centre našej Mliečnej cesty sídli supermasívna čierna diera Sagittarius A* s hmotnosťou približne štyroch miliónov Sĺnk.
Webb sa naň pozrie znova
Vedci však upozorňujú, že príbeh ešte nie je uzavretý.
„Black hole star“ je zatiaľ najlepšie vysvetlenie mimoriadne zvláštnych vlastností MoM-BH*-1, nie definitívne potvrdená nová kategória vesmírnych telies. Samotná štúdia v Nature opisuje objekt ako čiernu dieru zahalenú a sčervenanú hustým plynom.
Tím preto plánuje ďalšie pozorovania Webbovým ďalekohľadom.
Chce presnejšie určiť rozmery systému, vlastnosti jeho plynnej „atmosféry“ a zistiť, či podobné objekty predstavujú chýbajúci článok vo vývoji prvých obrovských čiernych dier.
Ak sa tento obraz potvrdí, malé červené bodky na snímkach z hlbokého vesmíru už nebudú iba zvláštnymi škvrnami.
Mohli by byť fotografiami obdobia, keď sa pred viac ako 13 miliardami rokov rodili jedny z najväčších monštier vo vesmíre.
