Temné zárodky: Prvotní černé díry mohly urychlit zrození prvních hvězd
Pradávné černé díry možná pomáhaly zazářit prvním hvězdám ve vesmíru.
Záhada temné hmoty je jedním z největších nevyřešených problémů moderní fyziky a astronomie. Mezi četnými kandidáty na tuto záhadnou substanci se dlouhodobě objevují tzv. prvotní (primordiální) černé díry – hypotetické černé díry vzniklé krátce po Velkém třesku.
Nová studie trojice vědců z Kalifornské univerzity v Santa Cruz přichází s fascinujícím pohledem na to, jak by tyto objekty mohly ovlivnit vznik prvních hvězd ve vesmíru.
Hvězdy bez „kovů“
V raném vesmíru vznikla první generace stálic známá jako hvězdy III. populace. Na rozdíl od dnešních hvězd, které obsahují i malé množství prvků těžších než helium (např. kyslíku, železa, křemíku nebo hořčíku), byly tyto první hvězdy složeny téměř výhradně z vodíku a helia – prvotních prvků vzniklých po Velkém třesku. Přestože jsme je dosud nikdy přímo nepozorovali, jejich existence se předpokládá na základě teoretických modelů a simulací.
- Hvězdy I. populace (např. Slunce) obsahují asi 2 % prvků těžších než helium
- Hvězdy II. populace (např. BPS CS22892-0052 nebo HD 122563) obsahují asi 1 % prvků těžších než helium
- Hvězdy III. populace (první generace hvězd) obsahovaly téměř výhradně vodík a helium
Právě na tyto simulace se zaměřila zmíněná studie. Výzkumníci použili výkonný simulační nástroj GIZMO, který kombinuje modelování hydrodynamiky a gravitačních interakcí, aby vytvořili co nejrealističtější obraz prostředí, v němž první hvězdy vznikaly.
Motor i brzda
Podle současných modelů vznikaly první hvězdy v tzv. minihalech – oblastech vesmíru s vyšší hustotou temné hmoty. Pokud by primordiální černé díry byly součástí těchto oblastí, mohly by zásadním způsobem ovlivnit, kdy a jak rychle se hvězdy začaly formovat.
Výsledky simulací odhalily dva hlavní možné scénáře: Masivní primordiální černé díry (s hmotností nad 100 sluncí) mohly podle vědců fungovat jako urychlovače vzniku prvních hvězd. Naopak menší primordiální černé díry (s hmotností kolem 10 sluncí) mohly v malých počtech zahřívat okolní plyn tzv. přílivovým ohřevem, zpomalovat jeho chladnutí a kolaps do podoby nových hvězd. Větší počet menší primordiálních černých děr by svým společným gravitačním vlivem naopak vznik nových hvězd podporoval.
Klíč k záhadě temné hmoty
Tyto scénáře nejsou jen akademickou spekulací – podle vědců nabízí konkrétní a testovatelné předpovědi. Pokud se díky budoucím pozorováním (např. pomocí dalekohledu Jamese Webba nebo chystané soustavy Square Kilometer Array) ukáže, že hvězdy III. populace vznikly mnohem dříve než se předpokládá, půjde o silný argument pro existenci masivních primordiálních černých děr v raném vesmíru. Naopak jejich pozdější vznik by mohl naznačovat přítomnost menších, méně častých primordiálních černých děr.
Primordiální černé díry se tak ukazují jako potenciální klíč k pochopení nejen vzniku hvězd, ale i samotné povahy temné hmoty. Pokud dokážeme zjistit, jakou roli hrály v historii vesmíru, může to vést k zásadnímu průlomu ve snaze odhalit, z čeho se temná hmota vlastně skládá.
