Problém, který nedává smysl

Podle standardního scénáře vznikají černé díry postupně. Nejprve se zhroutí masivní hvězda, krátce poté (v kosmických poměrech) vznikne černá díra hvězdné velikosti, a ta pak miliony až miliardy let roste pohlcováním okolní hmoty nebo slučováním s jinými černými dírami.

Jenomže pozorování z Webbova dalekohledu naznačují, že některé supermasivní černé díry existovaly už zhruba 500 milionů let po Velkém třesku. Ale to není něco, s čím se počítalo. Naopak podle výpočtů by takový růst měl trvat minimálně miliardu let.

Takže buď jsou naše modely špatné… nebo nám něco uniká. Problém může vyvstávat z kombinace obojího. Přesto tu je hypotéza, která byla představena společně s novou studií.

Temná hmota může mít roli urychlovače

Tato nová studie, vedená fyzikem Yash Aggarwal z University of California, Riverside, nabízí překvapivé vysvětlení. Temná hmota může být urychlovací aktér celého procesu vzniku černých děr.

Temná hmota tvoří přibližně 85 % veškeré hmoty ve vesmíru, ale jak víme, nikdy ji nedokážeme přímo pozorovat. Neinteraguje se světlem, nevyzařuje ho, nepohlcuje ani neodráží. Víme o ní jen díky jejím gravitačním účinkům. Zřejmě obecné předpoklady vedly výzkumníky, aby si tyto základní souvislosti spojili.

Kolaps bez hvězd

Dále zde máme jinou z navrhovaných možností vzniku raných supermasivních černých děr, a té se přezdívá přímý kolaps. V tomto scénáři se obrovský oblak plynu a prachu nezhroutí do hvězdy, ale rovnou do černé díry.

Ovšem aby k něčemu takovému mohlo dojít, potřebuje oblak dodat energii, která zabrání jeho fragmentaci. Obvykle by tuto energii poskytovalo záření z okolních hvězd, což v raném vesmíru nemohlo fungovat, jelikož se předpokládá, že hvězd v té době bylo ještě příliš malé množství. Příliš málo na to, aby vysvětlily množství pozorovaných černých děr.

Energie z rozpadu temné hmoty

Co když tedy tuto energii dodávala temná hmota? (zatím stále hypotetické částice)

Podle výzkumu by některé částice temné hmoty mohly být nestabilní a postupně se rozpadat. Při tomto rozpadu by uvolňovaly malé množství energie, zdánlivě zanedbatelné, ale v citlivém prostředí raného vesmíru by to mohlo stačit.

Zdroj: Shutterstock

Fyzik Flip Tanedo to popisuje docela přízemně: první galaxie byly v podstatě koule čistého vodíku, jejichž chemie byla extrémně citlivá i na miniaturní energetické impulzy. A právě takový impulz by mohl zabránit vzniku hvězd a místo toho umožnit přímý kolaps - v takové chvíli bychom se mohli bavit o rychlém vzniku zárodku černé díry. Stále je to však pouze teoretická rovina, zatím toto tvrzení nebylo nijak ověřeno konkrétním měřením.

Jak málo energie stačí?

Množství potřebné energie je opravdu extrémně malé. Podle výpočtů by stačila energie odpovídající zlomku (konakrétně miliardtinitě biliontiny) energie jedné obyčejné AA baterie.

To je nepředstavitelně malé číslo. Ale v kosmologickém měřítku, kde se pracuje s obrovskými objemy hmoty a extrémně citlivými podmínkami, může i taková drobná hodnota rozhodovat.

Co to říká o samotné temné hmotě?

Teorie má ještě jeden důležitý dopad: pomáhá zúžit představy o tom, co vlastně temná hmota je.

Autoři studie odhadují, že částice temné hmoty, které by mohly tento mechanismus umožnit, by měly mít hmotnost mezi 24 a 27 elektronvolty. To je poměrně konkrétní rozmezí, které může pomoci budoucím experimentům.

Temná hmota totiž stále uniká našemu pochopení, nespadá do Standardního modelu částicové fyziky a její přesná podstata zůstává jednou z největších záhad moderní fyziky. A s největší pravděpodobností tomu tak bude ještě opravdu velmi dlouho, alespoň pro veřejnost.

Náhoda… nebo skrytý princip?

Zajímavý prvek celé studie je i to, jak vědci popisují samotný vznik této myšlenky. Mluví o „šťastné shodě okolností“, aneb kombinaci poznatků z kosmologie, astrofyziky a částicové fyziky.

Podobně jako by temná hmota pomáhala vytvořit podmínky pro vznik černých děr, i spolupráce různých vědeckých oborů umožnila vznik této teorie. Jak již bylo zmíněno výše, jedná se zatím stále o teorii bez konkrétního měření, nicméně i hypotéza může pomoci propojit teorii s tím, co skutečně vidíme, pokud ji uvedeme do správných souvislostí.

Yash Aggarwal k tomu ještě dodal, že onen mechanismus by mohl konečně překlenout mezeru mezi tím, co si myslíme, že by mělo existovat, a tím, co skutečně pozorujeme.