Jak se v průběhu času formují a rostou černé díry v centrech galaxií? K zodpovězení této otázky vědci potřebují objevit a studovat supermasivní černé díry ve značných vzdálenostech, které existovaly mnohem dříve v historii vesmíru. Nový výzkum naznačuje, že chystaný teleskop Nancy Grace Roman od NASA, který má startovat nejdříve 30. srpna letošního roku, bude schopen detekovat tyto vzdálené a dávné černé díry, které existovaly až před 11 miliardami let.

Černé díry se nejlépe studují tak, že hledáte světlo, vyzářené z jejich akrečního disku, tedy hmoty, která kolem nich krouží a je postupně černou dírou konzumována. Lehké supermasivní černé díry jsou náročné na pozorování, protože bývají méně zářivé vlivem menší akrece. Ovšem občas roztrhají a zkonzumují celou hvězdu, takže zjasní natolik, že přesvítí celou svou domácí galaxii. Tento jev se označuje jako Tidal Disruption Event (dále jen TDE), česky nejčastěji jako událost slapového rozrušení, nebo událost slapového rozthání. Charakterizováním populace raných supermasivních černých děr a toho, jak se během milionů let vyvíjely a rostly, bude teleskop Nancy Grace Roman schopen poskytnout náznaky o původu těchto gigantů.

„Teleskop Nancy Grace Roman bude přelomový pro výzkum přechodných jevů,“ tvrdí hlavní autor studie, Mitchell Karmen, z Johns Hopkins University, doktorand a držitel výzkumného stipendia pro doktorandy od Národní vědecké nadace (National Science Foundation – NSF) a dodal: „Díky vysoké citlivosti teleskopu Nancy Grace Roman můžeme najít mnoho TDE ve větších vzdálenostech a mladším vesmíru, než jsme byli dříve schopni.“ Vědecký článek o tomto výzkumu můžete najít v odborném časopise The Astrophysical Journal.

Průzkum High-Latitude Time-Doman Survey teleskopu Nancy Grace Roman patří mezi tři základní komunitní průzkumy a je mimořádně vhodný pro hledání a studium TDE v mladém vesmíru. Tento průzkum pokryje přibližně 18 čtverečních stupňů oblohy, což odpovídá přibližně ploše 90 Měsíců v úplňku, přičemž snímkování bude probíhat v pravidelných intervalech. Opakovanými návštěvami stejné lokality mohou astronomové objevit velké množství přechodných jevů, jako jsou TDE.

TDE je fenomén jedinečný pro lehčí supermasivní černé díry. Jejich těžší kolegyně vážící přes miliardu Sluncí dokáží zhltnout celou přibližující se hvězdu. Ovšem lehčí supermasivní černé díry s hmotností mezi sto tisíci a sto miliony hmotnostmi Slunce hvězdu před konzumací roztrhají, čímž vzniká jas, který po dobu několika týdnů zesiluje a poté postupně slábne. Míra výskytu TDE se v průběhu kosmického času mění. Dřívější vědecké práce předpovídaly, že míra výskytu TDE bude klesat se zvětšující se vzdáleností, protože nejmladší černé díry byly moc lehké na to, aby generovaly TDE. Ovšem tento nový výzkum zohledňuje velké množství faktorů, které se vyvíjejí v průběhu času, jako je frekvence slučování galaxií (a tedy i jejich černých děr), ale třeba i počet hvězd v jádru každé galaxie a jejich hustota.

Karmen a jeho kolegové modelovali tyto a další efekty, aby mohli předvídat, kolik TDE by teleskop Nancy Grace Roman mohl pozorovat, přičemž podobný výpočet udělali i pro další observatoře včetně těch pozemských, namátkou můžeme jmenovat Vera C. Rubin Observatory spadající pod National Science Foundation-Department of Energy, či teleskop Jamese Webba od NASA / ESA / CSA. Experti tak určili, že astronomové zaznamenají vzestup frekvence pozorování TDE, jelikož teleskop Nancy Grace Roman nahlédne do větších vzdáleností a také do starší minulosti – přibližně 11 až 12 miliard let daleko, kdy ve vesmíru vrcholilo formování hvězd, které později opět pokleslo. Proto se tomuto období před zhruba 11-12 miliardy lety říká kosmické poledne.

Teleskop Nancy Grace Roman bude pozorovat vesmír v blízké infračervené oblasti elektromagnetického spektra. Světlu ze vzdálených TDE se vlivem rozpínání vesmíru natahuje jeho vlnová délka, což popisuje kosmologický rudý posuv. Výsledkem je, že teleskop Nancy Grace Roman je ze své podstaty optimalizován pro detekci TDE, jejichž světlo cestovalo něco mezi 8 a 11 miliardami let, než k nám dorazilo. Výše zmíněná pozemská observatoř Very Rubin má za úkol také skenovat rozsáhlé části oblohy a zachytit mnoho nových TDE. Jejím oborem je však viditelné světlo, což ji omezuje na bližší TDE, než které spatří teleskop Nancy Grace Roman.

Výzkum Karmenova týmu ukázal, že observatoř Very Rubin bude každý rok detekovat tisíce až desítky tisíc TDE. Ačkoli se u teleskopu Nancy Grace Roman očekává, že nalezne „jen“ 100 TDE ročně, tyto černé díry budou vzdálenější a navíc z kosmického věku, který je pro rozlišení různých scénářů vzniku černých děr nejdůležitější. „Pouhým spočítáním počtu TDE v závislosti na rudém posuvu lze stanovit smysluplná omezení pro populaci černých děr o hmotnosti v řádu milionů slunečních hmotností,“ říká Suvi Gezari, spoluautorka studie a docentka astronomie na University of Maryland a dodává: „Teleskop Nancy Grace Roman bude přelomový tím, že dokáže studovat TDE z větší vzdálenosti, takže se budete moci podívat, jak se četnost TDE vyvíjela v průběhu času.“

Astronomové pozorovali skutečně gigantické černé díry ve velmi mladé historii vesmíru, tak mladé, že teorie jen stěží vysvětlovala, jak se mohly tak rychle stát tak obrovskými. Musely začínat jako menší a postupem času růst, jenže o kolik menší vlastně byly? Jedna z hypotéz, která bývá označována jako „light seeds“ začíná s černými dírami, které jsou stvořeny ze smrti velmi masivních hvězd. Takové černé díry mohou vážit až několik stovek hmotností našeho Slunce. Tyto černé díry se poté podle této hypotézy měly postupem času spojovat a také neskutečně rychle konzumovat okolní plyn. V tomto scénáři se očekává, že každá mladá galaxie by měla ve svém středu masivní černou díru.

Druhá hypotéza, která se označuje jako „heavy seeds“, naznačuje, že černé díry se mohou zrodit během procesu jako je přímé zhroucení plynného mračna. V takovém případě mohou mít už od svého vzniku mnohem větší hmotnost – až miliony hmotností Slunce. Tento proces by však měl být méně běžný, což by znamenalo, že supermasivní černé díry by byly v mladých galaxiích mnohem vzácnější.

„TDE nám pomohou prozkoumat populaci lehkých supermasivních černých děr, což by nám mělo pomoci rozhodnout se mezi těmito modely,“ uzavírá Karmen. V konečném důsledku pomůže přehled dat z teleskopu Nancy Grace Roman o TDE vědcům sledovat globální jevy, které v průběhu času ovlivňují populaci černých děr. Týmy se již těší, že jakmile teleskop Nancy Grace Roman a observatoř Very Rubin zahájí pravidelný vědecký provoz, budou moci porovnávat své předpovědi se skutečnými detekcemi těchto jevů. „Stejně jako teleskop Jamese Webba proměnil naše chápání vzdálených galaxií s vysokým rudým posuvem, teleskop Nancy Grace Roman by měl proměnit naše chápání přechodných událostí s vysokým rudým posuvem,“ dodala Suvi Gezari.

Přeloženo z:
https://www.nasa.gov/

Zdroje obrázků:
https://www.nasa.gov/wp-content/uploads/2026/07/tde.jpg
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/2e/Tde-simulation.jpg
https://www.nasa.gov/wp-content/uploads/2025/04/roman-coresurvey-infographic-hltds.jpg
https://www.spiedigitallibrary.org/…/00007_PSISDG10590_105901Q_page_5_1.jpg