Proti tomu, že v centrech galaxií sídlí supermasivní černé díry, už dnes většina vědců nic nenamítá. Jak ukazují pozorování kvasarů, nejjasnějších objektů ve vesmíru, vyskytují se už v raném vesmíru (některé z nich jsou 13 miliard let staré) a jejich hmotnosti se často rovnají hmotnostem milionů až miliard Sluncí. Ale odkud se vlastně berou? A jaký je asi jejich původ? S odpověďmi na tyto otázky si moderní astrofyzika už tak jistá není.
Nejdřív hvězda, pak černá díra
Tradiční pohled na věc říká, že vznikají podobným mechanismem jako běžné stelární černé díry. Ty začínají poměrně skromně. Na počátku máme hmotnou hvězdu (nejlépe o hmotnosti 25 Sluncí a více), která po čase vybuchne jako supernova. Díky velké hmotnosti původní hvězdy ale nedojde ke vzniku neutronové hvězdy, časoprostor se před okolním vesmírem uzavře, vytvoří se horizont událostí, a tedy černá díra. Ta pak do sebe začne vtahovat okolní materiál, a tím přibývá na váze a zvětšuje se a zvětšuje, až dosáhne gigantických rozměrů. Na tom by nebylo zas tak nic zvláštního, kdyby …
Problém je v tom, že taková černá díra by už od samého začátku musela růst konstantní a ještě k tomu maximálně možnou rychlostí, kterou fyzici vůbec předpovídají. Ale jak dnes můžeme vidět, galaxie podle toho, zda má jejich centrální černá díra kolem sebe dost "potravy“, či nikoli, procházejí obdobími aktivity a klidu. Takže jak mohly supermasivní černé díry stihnout vyrůst?
Přímý kolaps z protogalaktického plynu
Druhou možností je, že supermasivní černé díry při svém zrodu stadium hvězdy prostě přeskočí. Vznikají přímo zahušťováním protogalaktického plynu. Právě tuto teorii již několik let neúnavně propaguje Mitchell Begelman z Coloradské univerzity, který začátkem září seznámil odbornou veřejnost s nejnovějšími výsledky svého výzkumu. Na zvěřejněné studii se mimo jiné jako spoluautor podílel i slavný astronom a známý popularizátor Martin Rees.
První galaxie a hvězdy se objevily poté, co vesmír po Velkém třesku ochladl natolik, že se původní vodík (a helium) mohl oddělit od temné hmoty a začal se působením vlastní gravitace smršťovat. Vznikaly zárodky budoucích hvězd, které na sebe postupně nabalovaly další plyn. Když ho bylo dostatečné množství, došlo k zažehnutí termonukleární reakce a její radiační tlak směřující ven pak zabránil gravitaci v dalším smršťování (Eddingtonova mez). Ale většina hvězd hromadí svůj materiál poměrně pomalu, co by se tedy stalo, kdyby bylo plynu více? Mohla by se pak látka shlukovat rychlejším tempem? Právě tím se ve své poslední práci zabýval Mitchell Begelman.
Spočítal, že pokud by akreční tok byl vyšší než několik desetin sluneční hmoty za rok, byla by hmota v zárodku hvězdy tak pevně vázána, že energie fúze by gravitaci nevyvažovala a dalšímu smršťování by nezabránila. Vytvořilo by se velmi husté, kompaktní jádro, které by se později zkolabovalo do černé díry.
Kvazi-hvězdy
Je ale možné, aby se materiál shlukoval tak rychle? Podle Begelmana ano, ale něco mu musí pomoct. Třeba gravitace temné hmoty v galaktickém halo. Pak může dojít k tak velkému stlačení jádra, až je z něj radiace doslova vytlačena ven, což způsobí, že vnější obálka začne zářit – vzniká tzv. kvazi-hvězda. Begelman tvrdí, že kvazi-hvězdy byly velice horké a dokonce jasnější než prvotní hvězdy. Ovšem jejich záře trvala pouze několik málo tisíc let.
Obrovské gravitaci nebyla schopna vzdorovat ani nukleární reakce v nitru kvazi-hvězdy, jádro dále pokračovalo ve smršťování a nakonec se z něj vytvořila černá díra o hmotnosti 10 – 20 Sluncí. Okamžitě začala pohlcovat hmotu z okolí, a protože jí ve vnější obálce kvazi-hvězdy bylo opravdu dost, černá díra narůstala maximálním možným tempem, až nakonec dosáhla hmotnosti milionů Sluncí.
Budoucnost ukáže
Možná nejzajímavější na celé věci je, že Begelman poměrně přesně předpovídá spektrum a teplotu kvazi-hvězd, což v principu umožňuje jejich detekci, zejména výkonnými teleskopy. Největší naděje se v tomto ohledu vkládají do vesmírného teleskopu Jamese Webba (JWST), který by měl být do kosmu vypuštěn v roce 2013.
Zdroj: arxiv.org, www.colorado.edu, www.astro.cz
