Washington - Nový výzkum naznačuje, že brzy budeme moci otestovat jednu z nejkontroverznějších teorií Stephena Hawkinga. Tolik potřebná data by měl přinést teleskop Jamese Webba, který o Vánocích vypustila americká kosmická agentura NASA, napsal web Space.com.

V 70. letech 20. století Hawking zformuloval úvahu, že temná hmota, neviditelná látka, která tvoří většinu hmoty ve vesmíru, může pocházet z černých děr vytvořených v prvních okamžicích velkého třesku. Nyní tři astronomové přišli s teorií, která vysvětluje nejen existenci temné hmoty, ale také vznik největších černých děr ve vesmíru.

"Co na této myšlence považuji za nesmírně vzrušující, je to, jak elegantně spojuje dva skutečně náročné problémy, na nichž pracuji – problém zkoumání povahy temné hmoty a vzniku a růstu černých děr – a řeší je jedním šmahem," uvádí spoluautorka vědecké práce astrofyzička Yaleovy univerzity Priyamvada Natarajanová. Co víc, několik nových přístrojů – včetně právě vypuštěného vesmírného dalekohledu Jamese Webba – by mohlo přinést údaje potřebné ke konečnému posouzení Hawkingova proslulého nápadu.

Temná hmota tvoří přes 80 procent veškeré hmoty ve vesmíru, ale žádným způsobem přímo vzájemně nepůsobí se světlem. Jen se vznáší, je masivní a ovlivňuje gravitaci uvnitř galaxií. Představa, že za tyto nepolapitelné věci mohou být zodpovědné černé díry, je lákavá. Koneckonců černé díry jsou temné, takže zaplnění galaxie černými dírami by teoreticky mohlo vysvětlit všechna pozorování temné hmoty.

Bohužel v moderním vesmíru se černé díry tvoří pouze až poté, co zemřou masivní hvězdy a zhroutí se pod tíhou vlastní gravitace. Takže vytváření černých děr vyžaduje mnoho hvězd – což vyžaduje spoustu běžné hmoty. Vědci vědí, kolik běžné hmoty je ve vesmíru z výpočtů raného vesmíru, kde vznikl první vodík a helium. A prostě není dostatek běžné hmoty na to, aby se vytvořila všechna temná hmota, kterou astronomové doposud zaznamenali.

A tady přišel Hawking. V roce 1971 navrhl, že černé díry se tvořily v chaotickém prostředí nejranějších okamžiků velkého třesku. Tehdy kapsy hmoty mohly spontánně dosáhnout hustot potřebných k vytvoření černých děr a zaplavit jimi vesmír dlouho předtím, než zablikaly první hvězdy. Hawking naznačil, že tyto "prapůvodní" černé díry mohou být zodpovědné za temnou hmotu. Přestože byl nápad zajímavý, většina astrofyziků se místo toho zaměřila na hledání nové subatomární částice, jež by temnou hmotu vysvětlila.

Co víc, modely prvotního formování černých děr narážely na problémy související s pozorováním. Pokud se jich v raném vesmíru vytvořilo příliš mnoho, změnily obraz reliktního záření z raného vesmíru, známého jako kosmické mikrovlnné pozadí (CMB). To znamenalo, že teorie fungovala pouze tehdy, když byly počet a velikost prvotních černých děr dosti omezené, jinak by teorie byla v rozporu s měřeními CMB.

Myšlenka byla oživena v roce 2015, kdy Laserová interferometrová observatoř gravitačních vln (LIGO) objevila svůj první pár kolidujících černých děr. Tyto dvě černé díry byly mnohem větší, než se čekalo, a jeden ze způsobů, jak vysvětlit jejich velkou hmotnost, bylo říci, že vznikly v raném vesmíru, nikoli v srdcích umírajících hvězd.

V nejnovějším výzkumu se Natarajanová, Nico Cappelluti z Miamské univerzity a Günther Hasinger z Evropské kosmické agentury (ESA) hluboce ponořili do teorie prvotních černých děr a zkoumali, jak by mohly vysvětlit temnou hmotu a případně vyřešit další kosmologické problémy.

Aby prošly současnými pozorovacími testy, musí být prvotní černé díry v určitém hmotnostním rozsahu. V nové práci vědci předpokládají, že prvotní černé díry měly hmotnost přibližně 1,4krát větší než hmotnost Slunce. Vytvořili model vesmíru, který nahradil veškerou temnou hmotu těmito poměrně málo hmotnými černými dírami, a poté hledali pozorovací vodítka, která by mohla tento model potvrdit (nebo vyloučit).

Tým zjistil, že prvotní černé díry by mohly hrát hlavní roli ve vesmíru tím, že daly základ prvním hvězdám, prvním galaxiím a prvním obřím černým dírám (SMBH). Pozorování naznačují, že hvězdy, galaxie a SMBH se v kosmologické historii objevují velmi rychle, možná příliš rychle na to, aby to bylo možné vysvětlit procesy formování a růstu, jež pozorujeme v současném vesmíru. "Prvotní černé díry, pokud existují, by mohly být zárodky, z nichž se tvořily všechny obří černé díry, včetně té, která je ve středu Mléčné dráhy," řekla Natarajanová.

A teorie je jednoduchá a nevyžaduje řadu nových částic k vysvětlení temné hmoty.

"Naše studie ukazuje, že bez zavádění nových částic nebo nové fyziky můžeme vyřešit záhady moderní kosmologie od povahy samotné temné hmoty až po původ obřích černých děr," uvedl Cappelluti.

Jde zatím jen o model, který by však mohl být otestován relativně brzy. Webbův teleskop, který byl po letech odkladů vypuštěn o Vánocích, je speciálně navržen tak, aby odpovídal na otázky týkající se původu hvězd a galaxií. A další generace detektorů gravitačních vln, zejména Laserová interferometrová vesmírná anténa (LISA), je připravená odhalit mnohem víc o černých dírách, včetně těch prvotních, pokud existují.

Společně by Webbův teleskop a LISA měly astronomům poskytnout dost informací na to, aby dali dohromady příběh prvních hvězd a potenciálně původu temné hmoty. "Je neodolatelné prozkoumat tuto myšlenku důkladně s vědomím, že má potenciál být potvrzena poměrně brzy," řekla Natarajanová.

Reklama