Za vznik zlata a uranu mohou prastaré černé díry rozežírající zevnitř hvězdy

Fyzici slavné americké University of Califonia (UCLA) přišli s modelem, který by vysvětloval, kde se vzaly ve vesmíru nejtěžší atomy. Za vše zřejmě můžou první černé díry ve vesmíru, které si zasedly na první generaci hvězd. Dodnes by přitom v hloubi kosmu mohly být ukryté.

Kosmičtí vetřelci

Historie kosmu neměla po Velkém třesku odbitou ještě ani celou sekundu, když se podle našich modelů zrodily první, tzv. primordiální (zárodečné) černé díry. Na rozdíl od dnešních černých děr, vznikající při zhroucení největší hvězd do sebe sama, byly primordiální černé díry zřejmě dílem gravitačních fluktuací vzniklých v oblastech s vysokou hustotou hmoty.

Těsně po velkém třesku totiž došlo na bleskovou vesmírnou expanzi, která hmotu rozprostřela po gigantickém prostoru – došlo tak ovšem nesourodě a některá disponovala hustotou tak velkou, že v nich přirozeně vznikly singularity. Hypotetické primordiální černé díry, dosahující menších hmotností než černé díry vzniklé z hvězd, v roce 1971 postuloval již sám Stephen Hawking.

Nová teorie z UCLA vychází právě z Hawkingovy teze a možného velkého počtu menších černých děr v raném vesmíru, a táže se, kam by se ubíral jejich další vývoj. Ačkoliv se dle Hawkinga i černé díry postupně vytrácejí skrze "vypařování se" pomocí tzv. Hawkingovy radiace, primordiální černé díry mohly být velké "tak akorát", aby se dočkaly středně dlouhého života. Jak by ve vesmíru začaly vznikat první hvězdy, primordiální černé díry by se na nich v případě protkání drah obou objektů mohly začít přikrmovat.

Právě na to zřejmě podle studie UCLA došlo, když se méně hmotné primordiální černé díry střetly s čerstvě vzniklými supertěžkými a superhustými neutronovými hvězdami. Singularita měla v takovém případě klesnout do hvězdného centra a během periody 10 tisíc let hvězdu postupně požírat zevnitř. Jak by se neutronová hvězda při stejné hmotnosti "zmenšovala", její rotace by se zrychlovala. Části vnější slupky by pak díky vysoké rychlosti rotace v závěrečné fázi unikly do kosmického prostoru – právě takto mohly vzniknout atomy bohaté na neutrony, které tvoří těžké prvky jako zlato nebo uran.

Motory vesmíru?

Dosavadní fyzikální teze si se vznikem těžkých prvků nevědí rady. "Je to velmi trapné. Vědci sice vědí, že tyto prvky existují, ale nikdo netuší, jak mohly vzniknout," řekl ke studii Alexander Kusenko, výzkumník z UCLA. Problémem je, že aby tyto prvky vznikly, musí dojít na nezvyklé sloučení protonů a neutronů, což vyžaduje velké energie. Již dříve se tak vědci při hledání původu těžkých prvků poohlíželi po neutronových hvězdách.

Kolize neutronových hvězd a supernovy sice mohou vysvětlovat část přítomnosti těchto prvků, dosavadní modely však nejsou zcela v souladu s astronomickým pozorováním. Kushenko se domnívá, že jeho hypotéza černých děr, způsobujících vyvržení části neutronové hmoty do kosmu, však staré modely perfektně doplňuje. Momentálně se vědci proto hodlají soustředit především na vytvoření výpočetních modelů, které by dále prozkoumávaly, jak by primordiální černé díry mohly s nitrem neutornových hvězd skutečně reagovat.

Primordiální černé díry jsou přitom podle některých hypotéz ve vesmíru dodnes přítomné a co do počtu a významu mohou dokonce široce překonávat "běžnější" černé díry vznikající zhroucením velkých hvězd. Astrofyzik Alexander Kashlinsky z Goddardova střediska NASA se například domnívá, že primordiální černé díry by mohly být vysvětlením i fenoménu temné hmoty.

Převažující hypotéza má dnes za to, že se temná hmota sestává ze slabě interakujících částic WIMPs – problém je, že žádnou podobnou částici jsme doposud ani jednou nedetekovali. Důvodem může být právě exotická povaha částic WIMPs, ale možná, že jednoduše hledáme na špatném místě. Oproti tomu nám totiž detektor gravitačních vln LIGO už několikrát potvrdil existenci relativně častých srážek černých děr. "Primordiální černé díry mohou mít vlastnosti velmi podobné těm, které zaznamenal detektor LIGO," řekl loni Kashlinsky.

Prozatím je i tato hypotéza nepotvrzená – naznačuje však, jak velkou úlohu mohou černé díry jako "motory vesmíru" ve skutečnosti ve tvarování kosmu ještě hrát.

Text: Ladislav Loukota