Vědci zkoumají, jak supermasivní černé díry ovlivňují vývoj galaxií

Astronomové už řadu let vědí, že v centru většiny velkých galaxií se skrývá supermasivní černá díra – objekt s hmotností milionů až miliard Sluncí, jehož gravitace formuje chování celého galaktického jádra. Tato skutečnost dnes patří k základním pilířům moderní astrofyziky, přestože podrobnosti o tom, jak takové obří černé díry vznikají a jak souvisí s vývojem galaxie samotné, zůstávají předmětem intenzivního výzkumu.

Naprostá většina galaxií srovnatelných s Mléčnou dráhou nebo větších takovou centrální černou díru obsahuje. Existují ale i výjimky – galaxie, které svého supermasivního obra postrádají. Vysvětlení nabízí teorie galaktických srážek: když se dvě galaxie sloučí, jejich centrální černé díry mohou začít obíhat kolem společného těžiště a při tomto komplikovaném gravitačním tanci může dojít k tzv. vymrštění. Černá díra získá při interakci dostatečnou rychlost, aby unikla z galaktického jádra, a ponechá po sobě galaxii bez centrálního obra. Takový proces je vzácný a vyžaduje velmi specifické podmínky, ale pozorování i simulace naznačují, že se skutečně děje.

Klíčovým poznatkem posledních desetiletí je zjištění, že galaxie a jejich supermasivní černé díry se nevyvíjejí nezávisle, ale společně. Hmotnost centrální černé díry totiž koreluje s vlastnostmi okolní galaxie, například s hmotností jejího centrálního výdutě hvězd. Tento vztah by nedával smysl, kdyby růst černé díry a růst galaxie probíhaly zcela odděleně – něco musí obě strany propojovat a synchronizovat jejich vývoj v čase.

Mechanismus tohoto společného vývoje je složitý. Když černá díra aktivně pohlcuje okolní plyn, uvolňuje se obrovské množství energie ve formě záření a výtrysků, které mohou ohřívat nebo dokonce vyfukovat plyn z okolí galaxie. Tím se omezuje množství materiálu dostupného pro tvorbu nových hvězd, což zpětně ovlivňuje tempo růstu samotné galaxie. Zároveň platí i opak – množství plynu, který do centra galaxie proudí například během srážek s jinými galaxiemi, určuje, kolik materiálu má černá díra k dispozici pro svůj vlastní růst. Jde tedy o obousměrnou zpětnou vazbu, která propojuje osudy obou objektů po miliardy let.

Tato provázanost otevírá jednu z nejzajímavějších otázek současné astronomie: co bylo dřív? Vznikly galaxie kolem již existujících „semen“ supermasivních černých děr, nebo naopak – vytvořily se černé díry až v důsledku růstu a vývoje galaxií, které je obklopují? Odpověď není jednoduchá a mezi vědci panuje na toto téma živá debata.

Zastánci teorie „nejprve černá díra“ poukazují na pozorování velmi vzdálených, a tedy i velmi starých kvasarů – aktivních galaktických jader poháněných supermasivními černými děrami – které existovaly už v raných fázích vesmíru, jen několik set milionů let po velkém třesku. Tak rychlý vznik obřích černých děr je těžké vysvětlit standardními modely růstu z hvězdných pozůstatků a naznačuje, že mohly vznikat přímo z kolabujících mračen plynu ještě předtím, než se kolem nich vytvořila celá galaxie.

Na druhé straně stojí modely, podle nichž se malé černé díry formují až jako důsledek vývoje raných hvězdných populací a galaktických struktur a teprve poté postupně rostou pohlcováním plynu a slučováním s jinými černými dírami během galaktických srážek. V tomto scénáři je galaxie tím, co vytváří podmínky pro vznik a růst centrálního obra, nikoli naopak.

Přesné odpovědi na tyto otázky mohou přinést pouze další pozorování, zejména vesmírných dalekohledů schopných zkoumat nejvzdálenější a nejstarší objekty ve vesmíru, a rovněž zdokonalené počítačové simulace vývoje galaxií. Až do té doby zůstává vztah mezi galaxiemi a jejich supermasivními černými dírami jednou z nejfascinujících nevyřešených hádanek moderní kosmologie.