Webbův teleskop JWST odhaluje tajemství vzniku obřích černých děr brzy po Velkém třesku

Vesmírný teleskop Jamese Webba (JWST) posunul hranice našeho poznání raného vesmíru a odhalil kosmické události jen několik stovek milionů let po Velkém třesku. Mezi nejvýraznější objevy patří supermasivní černé díry, z nichž některé dosahují hmotnosti stonásobku milionů Sluncí.

Vesmírný teleskop Jamese Webba (JWST) posunul hranice našeho poznání raného vesmíru a odhalil kosmické události jen několik stovek milionů let po Velkém třesku. Mezi nejvýraznější objevy patří supermasivní černé díry, z nichž některé dosahují hmotnosti stonásobku milionů Sluncí. Jejich existence v tak rané fázi vesmíru je překvapivá, protože odporuje standardnímu modelu, který předpokládá pomalejší formování struktur od menších k větším.

Tým astronomů, včetně profesora Volkera Bromma z Texaské univerzity v Austinu, studoval záhadné astronomické objekty objevené JWST, nazvané „Malé červené tečky“ (Little Red Dots – LRD). Tyto extrémně kompaktní objekty vyzařují silně rudě posunuté světlo s neobvyklými spektrálními charakteristikami. Vědci porovnali data z JWST o LRD s modely a zjistili, že lépe odpovídají hypotéze „těžkých semen“ pro vznik černých děr. Tato hypotéza předpokládá, že černé díry vznikly přímým kolapsem obrovských prvotních oblaků vodíku a helia. To je v kontrastu s hypotézou „lehkých semen“, která popisuje pomalejší proces, kde masivní hvězda vyhoří a zhroutí se do zbytkové černé díry. Malé červené tečky se objevují na konci formování černých děr z přímého kolapsu. Předpokládá se, že jsou poháněny supermasivními černými dírami obklopenými masivním kokonem z hustého plynu.

K tomuto průlomu významně přispěly superpočítače Lonestar6 a Stampede3 v Texas Advanced Computing Center (TACC). Volker Bromm je využil k vývoji modelů, které začínaly s počátečními podmínkami vesmíru asi půl milionu let po Velkém třesku, získanými z dat o kosmickém mikrovlnném pozadí. Tyto superpočítače byly nezbytné pro řešení složitých problémů spojených s interakcí temné hmoty a baryonů (svítící hmoty). Vědci použili kód pro formování galaxií Ancient Stars and Local Observables by Tracing Halos (A-SLOTH) k simulaci raného vesmíru s černými dírami z přímého kolapsu a porovnali je se standardními modely. Zjistili lepší shodu s modely přímého kolapsu při porovnání s pozorovanými statistikami populace LRD a vlastnostmi hostitelských halo temné hmoty.

Výzkumníci dekonstruovali pozorovací data z JWST pomocí „genetické techniky“, která rozděluje data na jejich předchůdce, podobně jako se rekonstruuje historie jedince sledováním všech předků. Do modelů byly začleněny klíčové astrofyzikální objekty a procesy, jako jsou halo temné hmoty, přidávání prvotního plynu, formování hvězd, jejich životní cyklus, energetický výstup, zpětná vazba supernov a následné obohacení těžkými chemickými prvky. Ačkoliv umělá inteligence nebyla přímo použita v simulacích, hrála podpůrnou roli při extrakci klíčových vlastností populace Malých červených teček z obrazových dat JWST. Hlavní výzvou nyní je propojit data z JWST o „svítícím vesmíru“ s vlastnostmi temné hmoty, což je úkol, pro který jsou superpočítače klíčové. Tento výzkum nám umožňuje pochopit celou téměř 14 miliard let dlouhou kosmickou historii, což je podle Bromma dechberoucí extrapolace našich vlastních životů a dar superpočítačů.