Japonští astronomové objevili mimořádnou supermasivní černou díru v raném vesmíru, která roste téměř nemožným tempem a zároveň produkuje intenzivní rentgenové i rádiové záření. Objev vědců z univerzit Waseda a Tóhoku zpochybňuje dlouhodobé teorie a naznačuje, že klíčové fyzikální procesy v raném vesmíru zůstávají stále nedostatečně pochopené.

Tým podle studie publikované v odborném časopise The Astrophysical Journal zaznamenal vzdálený kvasar – aktivně se „krmící“ supermasivní černou díru – pomocí pozorování z dalekohledu Subaru. Objekt existoval v době, kdy byl vesmír mladší než 1,5 miliardy let. Černá díra nyní prochází extrémně rychlou akrecí, tedy pohlcováním hmoty, a současně silně září v rentgenovém oboru a produkuje výrazné rádiové emise z výtrysku (jetu). Jde o kombinaci vlastností, které podle mnoha teoretických modelů nemají současně existovat, popsal server Interesting Engineering.

Supermasivní černé díry, které mohou mít miliony až miliardy násobků hmotnosti Slunce, se nacházejí v centrech většiny galaxií. Rostou tím, že přitahují okolní plyn, typicky vodík a helium, ze své hostitelské galaxie. Jak plyn spirálovitě padá dovnitř, může pohánět kompaktní oblast horkého plazmatu zvanou koróna, která vyzařuje rentgenové záření. Některé supermasivní černé díry navíc vytvářejí výtrysk odtékající hmoty, který silně září v rádiových vlnových délkách. Pokud však plyn padá k černé díře příliš rychle, záření z tohoto plynu začne materiál „tlačit zpět“. Tok se tím zpomaluje. Tím vzniká takzvaný Eddingtonův limit, který v podstatě představuje rychlostní omezení pro to, jak rychle může hmota do černé díry proudit.

I tento limit však může být v některých případech překročen, což umožňuje rychlý nárůst hmotnosti během krátkých kosmických časových úseků. Vzácně se předpokládá, že černé díry mohou dočasně překročit tento limit prostřednictvím takzvané super-Eddingtonovy akrece. Tak extrémní růst by však podle modelů měl potlačovat vysoce energetické záření a oslabovat aktivitu výtrysků.

Aby tým zjistil, zda k tak extrémnímu růstu dochází už v raném vesmíru, využil blízkoinfračervený spektrograf MOIRCS na dalekohledu Subaru. Vědci měřili pohyb plynu v blízkosti černé díry a odhadli její hmotnost z emisní čáry Mg II. Rentgenová data odhalila, že černá díra akreuje materiál zhruba třináctkrát rychleji, než odpovídá Eddingtonovu limitu. To ji řadí mezi nejrychleji rostoucí černé díry známé v této hmotnostní kategorii. „Tento objev nás může přiblížit k pochopení toho, jak se supermasivní černé díry mohly v raném vesmíru tak rychle vytvořit,“ uvedla Sakiko Obuchiová z univerzity Waseda, hlavní autorka studie.

Vědci zároveň zjistili, že objekt je zdrojem silného rentgenového záření a vysílá výrazné rádiové vlny. To je jasný důkaz aktivní horké koróny a silného výtrysku. Současné modely super-Eddingtonovy akrece však předpovídají, že by tyto projevy měly být při tak extrémním růstu zeslabené nebo zcela chybět. „Chceme prozkoumat, co pohání neobvykle silné rentgenové a rádiové emise a zda se podobné objekty neskrývají v existujících průzkumných datech,“ uvedla univerzita Waseda v tiskové zprávě.

Tým se domnívá, že kvasar je zachycen v krátkodobé přechodové fázi, kdy prudký přítok plynu posunul růst nad Eddingtonův limit, zatímco rentgenová koróna a rádiový výtrysk ještě krátce přetrvávají, než zeslábnou. Pokud se tento výklad potvrdí, může pozorování nabídnout vzácný „snímek“ časově proměnlivého růstu černých děr v raném vesmíru, který je jinak velmi obtížné zachytit. Zároveň by to mohlo pomoci vysvětlit rychlý růst galaxií, protože silné výtrysky mohou během extrémního růstu černých děr ovlivňovat vznik hvězd.