Horní mez hmotnosti černých děr s vyzařujícím okolním diskem

Podle základního náhledu se černá díra snaží pohltit vše, co je v jejím dosahu a daří se jí to tím lépe, čím je její hmotnost větší. Zdálo by se tedy, že jejímu neomezenému růstu nic nebrání. Přesto však není situace nakonec tak jednoduchá, jak by se mohlo zdát. Velmi hmotné černé díry jsou přitom přítomny v jádrech mnoha galaxií, takže na vlastnostech tohoto procesu závisí v rámci dané galaxie opravdu mnoho.

Britský profesor Andrew King z Univerzity v Leicesteru se touto otázkou podrobně zabýval ve své studii s názvem “Do jaké míry mohou černé díry růst?” (How Big Can a Black Hole Grow?). V ní ukazuje, že kontinuální růst černé díry předpokládá přítomnost dostatečně velkého plynného disku v oblasti kolem černé díry. Plyn v tomto disku se navzájem sráží, ztrácí rychlost a padá směrem do černé díry, za intenzivního elektromagnetického vyzařování. Nicméně pokud se tento plynný disk s růstem černé díry stane dostatečně hmotným, začíná zde fungovat konkurenční mechanismus, který blokuje přítok hmoty do černé díry.

Tímto mechanismem je především tvorba hvězd v samotném plynném disku. V oblacích plynu a prachu se najednou začnou tvořit zhuštěniny, které se dále zvětšují a konzumují hmotu, která by jinak padala do černé díry. Dostatečně velká černá díra má tedy kolem sebe tak velký disk, vytvořený plynem a prachem, který již začíná sám kolabovat a tvořit hvězdy. Rentgenové záření, které vzniká uvnitř gravitačně kolabujícího disku na hranici černé díry, navíc čistí okolí černé díry od plynu, což také přispívá k zastavení přísunu materiálu do černé díry.

Černá díra|foto: NASA/JPL Caltech

Tento proces pak prakticky zastaví růst typické černé díry, pokud se její hmotnost zhruba vyrovná hmotnosti 50 miliard Sluncí (pro extrémní parametry je tento limit vyšší - 270 miliard Sluncí). Hmotnost černé díry se pak může zvětšovat už jen pohlcováním celých hvězd nebo jiných černých děr, což se ovšem už děje jen velmi sporadicky (vyžaduje to totiž mimořádné přiblížení dotyčných objektů). Hvězdy v okolí černé díry mají navíc jisté rychlosti, které jim často brání spadnout do černé díry. Případná ještě hmotnější černá díra tak kolem sebe nemá žádný plynný disk, téměř žádná hmota už do ní nepadá a nesignalizuje tak ani svým zářením existenci dotyčné černé díry.

Podle profesora Kinga tato hodnota přibližně souhlasí s pozorováním astronomů, kteří registrovali ve vesmíru nejvyšší hmotnosti černých děr (díky z okolního disku vycházejícímu záření) právě zhruba na této hranici (40 miliard Sluncí). To ovšem neznamená, že nemůže existovat ještě hmotnější černá díra. Jen ji nezpozorujeme díky vyzařování okolní hmoty. Podobných případů však bude spíše málo. Přijde se na ně např. díky efektu gravitační čočky nebo díky tomu, že budou občas vyzařovat gravitační vlny během pohlcování jiných černých děr.

Zdroje: Phys.Org, ScienceDaily, New Scientist, Motherboard, Science Magazine, arXiv, IFL Science, AstroWatch, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters