V dátach z teleskopu James Webb Space Telescope sa objavili zvláštne malé červené body, ktoré astronómovia dodnes nevedia jednoznačne zaradiť. Najprv vyzerali ako nečakane hmotné galaxie z prvých stoviek miliónov rokov po vzniku vesmíru, no ďalšie pozorovania naznačili, že skôr súvisia s veľmi hmotnými objektmi v centrách vznikajúcich galaxií — možno s aktívnymi čiernymi dierami ukrytými v mimoriadne hustom plyne, prípadne s ešte nezvyčajnejším typom objektu, ktorý vedci opisujú ako black hole star alebo black hole envelope.
Snímka zobrazuje: It’s one of the biggest mysteries of the cosmos: What are these little red dots?
Keď Webb odštartoval na Vianoce 2021, vedci od neho čakali najmä pohľad na najstaršie galaxie. V jedných z prvých záberov oblohy, ktoré prístroje zachytili 21. júna 2022 počas úvodných testov, si tím okolo Iva Labbého zo Swinburne University of Technology všimol 13 jasných červených škvŕn. Keď ich odhadovanú vzdialenosť spojili s jasnosťou, vyšlo im niečo, čo sa vtedajším predstavám o ranom vesmíre vôbec nehodilo: šesť z nich malo byť takmer také hmotné ako Mliečna cesta, hoci existovali už počas prvých 600 až 700 miliónov rokov vesmíru.
Práve preto dostali prezývku „universe breakers“. Takéto veľké galaxie v takom skorom období nedávali podľa bežných modelov vzniku a vývoja galaxií dobrý zmysel. Vedci preto pokračovali v skúmaní a postupne sa ukazovalo, že pôvodné vysvetlenie zrejme nesedí.
Dnes astronómovia poznajú približne tisíc takýchto objektov. Niekoľko desiatok sa našlo aj v pomerne blízkom, teda modernom vesmíre. Čím viac údajov pribúda, tým jasnejšie je, že nejde o jednoduchú, ľahko zaraditeľnú skupinu. Malé červené body sa zrejme dotýkajú samotného jadra otázky, ako vo vesmíre rástli galaxie aj čierne diery.
Dôležitý obrat priniesla spektroskopia, teda rozklad svetla podľa vlnových dĺžok. Táto metóda neukazuje len farbu objektu, ale aj chemické prvky v žiariacom materiáli, vzdialenosť zdroja a pohyb plynu v jeho okolí. Pri malých červených bodoch vedci objavili rozšírenú čiaru vodíka. Namiesto úzkeho signálu sa v dátach objavila rozmazaná oblasť, čo podľa astronómov znamená, že plyn sa pohybuje obrovskými rýchlosťami — tisíce kilometrov za sekundu smerom k pozorovateľovi aj od neho.
Takýto signál naznačuje veľmi hmotný centrálny objekt, okolo ktorého obieha plyn. Hlavná hypotéza sa preto presunula od predstavy neobyčajne masívnych galaxií k obrazu mohutných čiernych dier, ktoré v centrách vznikajúcich galaxií aktívne pohlcujú hmotu. Ich červená farba sa vysvetľovala veľkým množstvom prachu, ktorý mení vzhľad žiary.
Lenže ani toto vysvetlenie nevydržalo bez problémov. Bežné aktívne čierne diery s intenzívnym prísunom hmoty mávajú akrečný disk, ktorý silno žiari aj v röntgenovej oblasti. Ak by malé červené body boli typickými aktívnymi čiernymi dierami, röntgenové žiarenie by sa malo objavovať častejšie. Zatiaľ ho však vedci zachytili iba pri jednom z týchto objektov. Navyše sa ukázalo, že väčšina malých červených bodov takmer nemení jasnosť, hoci pri bežných aktívnych jadrách galaxie sa očakáva skôr blikot a kolísanie spôsobené nestabilitami v materiáli padajúcom dovnútra.
Ďalšie spektrá potom ukázali zvláštny tvar: pokles intenzity svetla a následný prudký nárast. Astronómovia podobný podpis poznajú z prostredí s veľmi hustým plynom, napríklad z plynných atmosfér určitého typu horúcich hviezd. Aj preto sa výklad znovu posunul. Podľa súčasnej vedúcej predstavy majú malé červené body zdroj energie — pravdepodobne hmotnú aktívnu čiernu dieru, prípadne hviezdu s hmotnosťou desaťtisíckrát väčšou než má Slnko — ktorý obklopuje mimoriadne hustá plynná obálka.
Táto myšlienka sa dnes často opisuje výrazmi black hole star alebo black hole envelope. Nejde však o uzavretý prípad. Astronómovia zároveň upozorňujú, že „malé červené body“ možno vôbec netvoria jednu jedinú triedu objektov. Pri asi tisícke známych príkladov sa ukazujú rozdiely: jeden objekt z prvých dvoch miliárd rokov vesmíru vyžaruje röntgenové žiarenie, pri inom sa vďaka gravitačnému šošovkovaniu podarilo sledovať zmeny jasnosti a niekoľko ďalších už tiež naznačilo premenlivosť. To by mohlo znamenať, že aspoň časť z nich sa správa viac ako aktívne čierne diery, než naznačovali prvé merania.
Praktický význam tejto záhady je veľký. Ak ide o rané vývojové štádiá objektov, z ktorých sa neskôr stali známe aktívne galaktické jadrá, malé červené body môžu pomôcť vysvetliť, ako čierne diery narastali tak rýchlo už v mladom vesmíre. A ak medzi nimi naozaj sú aj odlišné typy zdrojov, astronómovia budú musieť upraviť obraz toho, čo všetko sa v prvých galaxiách odohrávalo.
Prečo boli prvé odhady také mätúce
Prvé interpretácie stáli na tom, čo bolo možné vyčítať z jasnosti a farby objektov. Takéto odhady sú v astronómii bežné, no pri neobvyklých zdrojoch môžu viesť k zavádzajúcim záverom. Ak objekt vyzerá veľmi červený a zároveň jasný, môže pôsobiť ako vzdialená a veľmi hmotná galaxia. Práve preto spočiatku vychádzalo, že niektoré z týchto bodov sú na raný vesmír až podozrivo veľké.
Všeobecne platí, že pri prvých dátach z nových prístrojov vedci často narazia na objekty, ktoré sa nehodia do pripravených kategórií. Vtedy rozhoduje, či ďalšie merania potvrdia pôvodný obraz, alebo odhalia, že ide o niečo iné. Pri malých červených bodoch sa stalo to druhé.
Čo prezradilo rozloženie svetla
Spektroskopia patrí medzi najsilnejšie nástroje modernej astronómie, pretože zo svetla dokáže vyťažiť oveľa viac než obyčajná fotografia. Každý chemický prvok zanecháva v spektre vlastný podpis. Keď sa tieto podpisy posunú k červenému koncu spektra, vedci z toho vedia určiť vzdialenosť objektu. Z tvaru a šírky čiar zas vyčítajú, ako rýchlo sa plyn pohybuje.
Práve rozšírená vodíková čiara nasmerovala výskum k predstave, že vnútri týchto objektov sedí niečo veľmi hmotné. Všeobecne je to typ signálu, ktorý vzniká tam, kde plyn obieha v silnom gravitačnom poli. Neznamená to automaticky vyriešenie prípadu, ale ide o dôkaz, ktorý zúžil okruh možných vysvetlení.
Na prvý pohľad sa mohlo zdať, že ide jednoducho o známe aktívne čierne diery zahalené prachom. Tento obraz však narazil na dve prekážky. Po prvé, röntgenové žiarenie sa objavuje oveľa zriedkavejšie, než by sa pri typických akreujúcich čiernych dierach čakalo. Po druhé, mnohé malé červené body nemenia jasnosť tak, ako býva pri aktívnych jadrách bežné.
To je dôležité aj v širšom kontexte. V astronómii málokedy rozhodne jediný údaj. Objekt môže v jednej oblasti spektra pripomínať známy typ zdroja, no v inej sa od neho odlišuje. Presne to sa deje aj tu: časť znakov sedí na aktívne čierne diery, časť nie. Preto vznikla predstava, že pozorujeme zvláštne prechodné alebo zahalené štádium.
Čo znamená hypotéza black hole star
Vedúca hypotéza dnes hovorí, že zdroj energie v malých červených bodoch môže byť obalený extrémne hustým plynom. V praxi by to znamenalo, že centrálna čierna diera alebo iný veľmi hmotný objekt nie je viditeľný tak, ako pri bežných aktívnych jadrách, pretože jeho žiarenie prechádza cez hustý obal materiálu. Ten môže zásadne meniť výsledné spektrum aj celkový vzhľad objektu.
Pomenovania black hole star a black hole envelope tu slúžia skôr ako pracovné označenia pre netradičnú konfiguráciu než ako definitívne potvrdenú triedu. Všeobecné pozadie je také, že v ranom vesmíre mohli panovať podmienky, ktoré podporovali rýchly rast čiernych dier aj vznik veľmi hustých plynných štruktúr. Práve kombinácia týchto javov môže vytvárať signál, ktorý dnes Webb zachytáva.
Čo môže priniesť ďalší výskum
Kľúčom budú ďalšie snímky a najmä kvalitnejšie spektrá. Čím viac takýchto objektov vedci porovnajú, tým ľahšie zistia, či ide o jednu rozmanitú populáciu, alebo o viac odlišných skupín, ktoré sa len navonok podobajú. Dôležité budú aj bližšie objekty v modernom vesmíre, pretože sa dajú skúmať podrobnejšie než veľmi vzdialené zdroje z raných čias.
Otvorené zostáva aj to, ako presne malé červené body zapadajú do vývoja galaxií a superhmotných čiernych dier. Môžu byť predchodcami dnešných aktívnych galaktických jadier, len pozorovanými v skoršom štádiu. Môžu medzi nimi byť aj odlišné objekty, ktoré sa vyvíjali rôznymi cestami. Po štyroch rokoch výskumu a stovkách odborných prác riešenie stále chýba, no práve to z nich robí jeden z najzaujímavejších problémov súčasnej kozmológie.
Na poskytovanie tých najlepších skúseností používame technológie, ako sú súbory cookie na ukladanie a/alebo prístup k informáciám o zariadení. Súhlas s týmito technológiami nám umožní spracovávať údaje, ako je správanie pri prehliadaní alebo jedinečné ID na tejto stránke. Nesúhlas alebo odvolanie súhlasu môže nepriaznivo ovplyvniť určité vlastnosti a funkcie.
Funkčné
Vždy aktívny
Technické uloženie alebo prístup sú nevyhnutne potrebné na legitímny účel umožnenia použitia konkrétnej služby, ktorú si účastník alebo používateľ výslovne vyžiadal, alebo na jediný účel vykonania prenosu komunikácie cez elektronickú komunikačnú sieť.
Predvoľby
Technické uloženie alebo prístup je potrebný na legitímny účel ukladania preferencií, ktoré si účastník alebo používateľ nepožaduje.
Štatistiky
Technické úložisko alebo prístup, ktorý sa používa výlučne na štatistické účely.Technické úložisko alebo prístup, ktorý sa používa výlučne na anonymné štatistické účely. Bez predvolania, dobrovoľného plnenia zo strany vášho poskytovateľa internetových služieb alebo dodatočných záznamov od tretej strany, informácie uložené alebo získané len na tento účel sa zvyčajne nedajú použiť na vašu identifikáciu.
Marketing
Technické úložisko alebo prístup sú potrebné na vytvorenie používateľských profilov na odosielanie reklamy alebo sledovanie používateľa na webovej stránke alebo na viacerých webových stránkach na podobné marketingové účely.
