Studie objasňuje povahu těchto teoreticky nemožných objektů objevených v primárním vesmíru.

Nikdo je nehledal, ale přesto se objevily. V roce 2023 detekoval vesmírný teleskop James Webb podivnou rodinu astronomických objektů: malé červené tečky, které tam podle své vyspělosti neměly být. Bylo to jako najít centrum kvantových počítačů v pravěku. Po dlouhém vyšetřování zveřejnila nová studie, která byla publikována v tento čtvrtek, že se nejedná o obrovské galaxie, ale o supermasivní černé díry skryté za oblakem kamufláže.

„Myslíme si, že jsme vyřešili tuto záhadu,“ vysvětluje v tomto deníku Vadim Rusakov, 29letý ruský astronom a hlavní autor studie, která je dnes publikována v časopise Nature, což je prestižní vědecké periodikum. Jeho tým podrobně analyzoval pozorování světelného spektra od téměř dvanácti těchto objektů získaných teleskopen James Webb.

„Myslíme, že tyto černé díry jsou obklopeny hustou kuklou plynu, která je činí červenými a skrývá černou díru uvnitř,“ uvádí Vadim v e-mailovém rozhovoru. „Do nynějška jsme je nemohli vidět právě kvůli tomu hustému plynovému vajíčku,“ dodává astronom z Manchesteru (Velká Británie).

Až do této doby se předpokládalo, že tyto objekty jsou galaxie s více hvězdami, než má naše Mléčná dráha, kde žijeme my lidé — přibližně 100 miliard. Taková úroveň vývoje byla však těžko slučitelná s tím, že některé z těchto galaxií datovaly do velmi raných fází historie vesmíru, kdy měl pouze 5 % svého současného věku.

Druhá možnost byla, že se jedná o supermasivní černé díry, jako jsou ty, které se nacházejí ve středu téměř všech galaxií. V tomto případě by však jejich hmotnost byla o několik řádů větší, než se předpokládalo. Navíc tyto černé díry nevysílaly své charakteristické paprsky rentgenového záření a rádiové signály. Mimo to nebyly modré, jak se obvykle zobrazuje mnoho supermasivních černých děr díky záři plynu, který obíhá kolem nich, ale červené.

Tým vedený Rusakovem se zaměřil na analýzu světelného spektra, které produkuje nejjednodušší prvek ve vesmíru, vodík. „Poprvé jsme mohli nahlédnout do této vrstvy plynu, a co jsme objevili, je, že velká část z něj je ionizována, tedy má mnoho volných elektronů. Tyto elektrony rozptýlují světlo a činily černé díry zdánlivě vyspělými víc, než ve skutečnosti jsou,“ detailuje Vadim.

Práce přepočítala hmotnost těchto objektů a získala hodnoty v okolí jednoho milionu hvězd velikosti Slunce. To je přibližně 100krát méně, než se kalkulovalo v předchozích studiích, což je činí snáze zařaditelnými do současných kosmologických modelů.

Vadim podrobně popisuje důsledky tohoto objevu pro porozumění těmto objektům, které se zdají být většími a vyspělejšími, než by měly být v primárním vesmíru. „První pozorování James Webb byla velmi náročnou zkouškou pro naše chápání vesmíru. Jak ukazuje naše práce, některé galaxie, které se zdály být příliš masivní, včetně těch malých červených teček (LRD, podle anglické zkratky), se ve skutečnosti ukázaly jako supermasivní černé díry. V těchto případech bylo nutné vyvinout nové modely, aby bylo možné vysvětlit dosud neznámé pozorování. Nemyslíme si, že problém s galaxiemi a zdánlivě vyspělými černými dírami zmizí zcela, ale je méně extrémní, než se původně předpokládalo. Zároveň je také možné, že ve raném vesmíru se hvězdy a galaxie formovaly rychleji a efektivněji než dnes.”

Astronom dodává další fascinující úhel pohledu. „Ty malé červené tečky jsou extrémně daleko: jejich světlo k nám cestovalo více než 12 miliard let. Vidíme je takové, jaké byly, když byl vesmír velmi mladý. Objevují se, když měl kosmos asi 5 % svého současného věku, a prakticky mizí, když dosahuje 15 %. Představují tedy relativně krátkou fázi v životě galaxií v primárním vesmíru. Mohou být identifikovány téměř pouhým okem v mnoha snímcích z teleskopu James Webb, ale domníváme se, že musí být v současném vesmíru velmi vzácné. To naznačuje, že tehdy bylo k dispozici obrovské množství plynu k formování hvězd a supermasivních černých děr, že galaxie byly menší a kompaktnější a že vesmír byl mnohem chaotičtější než dnes.”

Pablo G. Pérez González, výzkumník z Centra astrobiologie, je odborníkem na studium malých červených teček. Před třemi lety shrnul, co tyto objekty představují, slovy: „Ještě to nevíme.” Nyní, na základě této nové studie a dalších, které budou brzy publikovány, je optimističtější, i když varuje, že zbývá ještě práce. „Toto vysvětlení mě přesvědčuje čím dál víc. Nevyřešuje problém úplně, ale s těmito novými hmotnostmi přisuzovanými černým dírám vše začíná dávat větší smysl a je snadněji vysvětlitelné. Přesto je možné, že populace těchto objektů je rozmanitější, než si myslíme, a může zahrnovat i různé typy,” uvádí.

Možná, že tyto černé díry se tvoří jednoduše z plynu, který do nich padá v důsledku gravitačního efektu, nebo jsou pozůstatky imploze určitého typu supermasivních hvězd, které by mohly dosáhnout milionu slunečních hmotností. To staví tyto objekty na střed mezi hvězdou a černou dírou. Prozatím to zůstává otázkou bez odpovědi.

Isabel Márquez, výzkumnice z Institutu astrofyziky v Andalusii, zdůrazňuje důležitost pokračování ve studiu malých červených teček: „Až dosud žádný teoretický fyzik tyto objekty nepredikoval. Nikdo nerozuměl tomu, jak mohou generovat tak obrovskou hmotnost ve středu své galaxie, přestože jsou tak mladé.” Nové práce, podle Márquez, se zaměřují na měření hmotnosti centrální černé díry přesněji. „Nové výpočty jsou méně obtížné přijmout, ale stále jsou choulostivé. Studováno bylo dvanáct, ale známe stovky malých červených teček, které by měly být také prozkoumány. V každém případě se otevírá dveře, aby kosmologové začlenili tento nový typ primordiálních černých děr do svých modelů evoluce vesmíru,” dodává.

Rodrigo Nemmen, astronom z Univerzity v São Paulu v Brazílii, říká, že „vesmír má tendenci nám zatahovat špatné úmysly”. V doplňujícím článku, který byl také publikován v časopise Nature, odborník srovnává tento objev s tím, co se stalo v šedesátých letech, kdy byla objevena podivná populace „malých modrých hvězd”, které se zdály být součástí Mléčné dráhy, ale později byly potvrzeny jako nový typ supermasivních černých děr mimo ni: kvazary. „Vypadá to, že vesmír má smysl pro humor. V astronomii se mládí obvykle spojuje s modrou barvou, protože mladé hvězdy hoří při vysokých teplotách a svítí tímto tónem. V tomto případě jsou však supermasivní černé díry mladší červené. Pokud Rusakov a jeho spolupracovníci mají pravdu, pak by tyto malé červené tečky byly kvazary v kukle, čekající, až se osamostatní a vyjdou na světlo jako malé modré hvězdy, které zmatly astronomy před více než půl stoletím,” uzavírá Nemmen.