Neviditelný čert

Vesmírný dalekohled Jamese Webba je teleskop vyvinutý NASA, Evropskou kosmickou agenturou a Kanadskou kosmickou agenturou, který roku 2021 nahradil dosluhující Hubbleův teleskop. Na rozdíl od svého předchůdce se nebude pohybovat na nízké oběžné dráze, ale bude umístěn v libračním centru L2 soustavy Země-Slunce, tedy asi 1.5 mil. km od Země, na opačné straně než Slunce. Byl vypuštěn 25. prosince loňského roku. Mezi hlavní cíle mise patří poznání vývoje prvních galaxií a hvězd po Velkém třesku (ty nejvzdálenější objekty), lepší porozumění formování hvězdných soustav a pátrání po životě mimo Sluneční soustavu. Mimo jiné též nabízí možnost otestovat jednu z nejkontroverznějších teorií Stephena Hawkinga. V 70. letech minulého století Hawking navrhl, že temná hmota, která dle současné teorie představuje podstatnou část našeho vesmíru, může být tvořena černými dírami, které vznikly v nejranějších okamžicích Velkého třesku. Následující text je tak trochu poupravený a zkomprimovaný překlad článku We may finally be able to test one of Stephen Hawking's most far-out ideas, který jsem včera nalezl na Live Science.

Lucifer

Tři astronomové z Yaleovy univerzity vypracovali teorii, která vysvětluje nejen existenci temné hmoty, ale také výskyt největších černých děr ve vesmíru. Temná hmota tvoří více než 80 % veškeré hmoty ve vesmíru, ale nijak přímo neinteraguje se světlem.  Pouze se vznáší kolem a ovlivňuje gravitaci v galaxiích. Je lákavé si myslet, že za tuto nepolapitelnou hmotu mohou černé díry. Koneckonců, černé díry jsou proslulé svou temnotou, takže zaplnění galaxie černými dírami by teoreticky mohlo vysvětlit všechna pozorování temné hmoty.

Bohužel v moderním vesmíru vznikají černé díry až po smrti masivních hvězd, které se pak zhroutí pod tíhou vlastní gravitace. K vytvoření černých děr je tedy zapotřebí mnoho hvězd – což vyžaduje spoustu normální hmoty. Vědci vědí, kolik normální hmoty je ve vesmíru, z výpočtů raného vesmíru, kde vznikl první vodík a helium. A normální hmoty prostě není dost na to, aby se z ní vytvořila všechna temná hmota, kterou astronomové pozorovali.

Stephen Hawking v roce 1971 navrhl, že černé díry vznikly v chaotickém prostředí nejranějších okamžiků Velkého třesku. Tam mohly kapsy hmoty samovolně dosáhnout hustoty potřebné k vytvoření černých děr a zaplavit jimi vesmír mnohem dříve, než se objevily první hvězdy. Hawking navrhl, že tyto „primordiální“ černé díry by mohly být zodpovědné za temnou hmotu. Ačkoli tato myšlenka byla zajímavá, většina astrofyziků se místo toho zaměřila na hledání nové subatomární částice, která by temnou hmotu vysvětlila.

Modely vzniku primordiálních černých děr navíc narážely na problémy s pozorováním. Pokud jich v raném vesmíru vzniklo příliš mnoho, změnily obraz zbytkového záření z raného vesmíru, známého jako kosmické mikrovlnné pozadí (reliktní záření). To znamenalo, že teorie fungovala pouze tehdy, když byl počet a velikost dávných černých děr poměrně omezený, jinak by byla v rozporu s měřeními reliktního záření.

Tato myšlenka byla oživena v roce 2015, kdy Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory objevila první pár srážejících se černých děr. Obě černé díry byly mnohem větší, než se očekávalo, a jedním ze způsobů, jak vysvětlit jejich velkou hmotnost, bylo tvrzení, že vznikly v raném vesmíru, nikoli v srdcích umírajících hvězd.

Aby primordiální černé díry prošly současnými pozorovacími testy, musí se pohybovat v určitém rozmezí hmotností. V nové práci vědci předpokládali, že primordiální černé díry mají hmotnost přibližně 1.4násobku hmotnosti Slunce. Sestavili model vesmíru, který nahradil veškerou temnou hmotu těmito poměrně lehkými černými dírami, a poté hledali pozorovací stopy, které by mohly tento model potvrdit (nebo vyloučit).

Tým zjistil, že primordiální černé díry by mohly hrát ve vesmíru významnou roli tím, že daly vzniknout prvním hvězdám, prvním galaxiím a prvním supermasivním černým dírám (SMBH). Pozorování ukazují, že hvězdy, galaxie a SMBH se v kosmologické historii objevují velmi rychle, možná až příliš rychle na to, aby je bylo možné vysvětlit procesy vzniku a růstu, které pozorujeme v současném vesmíru.

Primordiální černé díry, pokud existují, by mohly být zárodkem, z něhož vznikají všechny supermasivní černé díry, včetně té v centru Mléčné dráhy. Teorie je přitom jednoduchá a k vysvětlení temné hmoty nevyžaduje zoologickou zahradu nových částic. Ukazuje se, že bez zavedení nových částic nebo nové fyziky můžeme vyřešit záhady moderní kosmologie od povahy samotné temné hmoty až po původ supermasivních černých děr.

Zatím je tato myšlenka pouze modelem, ale mohla by být relativně brzy testována. Vesmírný teleskop Jamese Webba, který byl po letech odkladů vypuštěn, je speciálně navržen tak, aby odpovídal na otázky o původu hvězd a galaxií. A nová generace detektorů gravitačních vln, zejména laserová interferometrická vesmírná anténa (LISA), je připravena odhalit mnohem více o černých dírách, včetně těch prvotních, pokud existují.

03.01.2022, 00:00:00   Publikoval Luciferkomentářů: 6