Vznik a vlastnosti černých děr
K vytváření černých děr mohlo dojít až po stabilizaci atomů vodíku po otevření vesmíru v kvantovém čase 55,7 tj. 380 tisíc roků po vzniku vesmíru. V té době byla gravitace i ostatní interakce přibližně o 5 řádů menší než dnes a další podmínkou sdružování jednotlivých atomů vodíku bylo ochlazení vesmíru. Bez snížení energie atomů vodíku totiž nezůstávaly atomy při kontaktu spojené. Ke snížení teploty na mez pro spojování došlo během 3 kvantových jednotek času. Zhruba od 100 do 200 miliónů roků od vzniku vesmíru tak vznikaly základy největších černých děr. Mechanismus jejich vzniku byl následující.
Nejprve se zhroucením obrovských rotujících oblaků vodíku vytvořila obrovská hvězda. Po velmi rychlém spálení vodíku se hvězda začala smršťovat. Přitom se zvyšovala teplota atomů až do okamžiku, kdy již elektron ve vnější elektromagnetické vrstvě kvarků, ze kterých jsou atomy složeny, přestal být na jádro kvarku vázán a v podstatě plaval v jeho blízkosti. Tím se obnažilo jádro kvarku. V tom okamžiku došlo k výbuchu formou supernovy nebo hypernovy. Energie a teplota při výbuchu odtrhly z kvarků atomů vodíku věnečky energetických kvant základů elektromagnetismu a silné jaderné interakce a vytvořily černou díru z kvarků top a bottom, které se skládají z věnečků energetických základů gravitace o rozměru
10-21 metru, na který je přichycen věneček slabé jaderné interakce o rozměru 10-18 metru. Tyto kvarky mají tedy rozměr téměř o 6 řádů menší a objem až o 18 řádů menší než kvarky up a down, pokud bereme za základ výpočtu oficiálně udávané velikosti jednotlivých interakcí v kvarku.
Černá díra z kvarků top a bottom tj. bez energetických kvant elektromagetismu a silné jaderné interakce má oficiálně rozměry o přibližně o 5 řádů menší než by mělo slunce o stejné hmotnosti, složené z kvarků up a down. Rozdíl je způsoben nepřesným určením velikosti oblastí působení interakcí v kvarcích. Rozdíl velikosti kvarků up a down a kvarků charm a strange by měl být ne 3 řády, ale 3,5 řádu a rozdíl velikosti kvarků charm a strange a kvarků top a bottom by měl být 2,5 řádu. To vyplývá z poměru jejich energií. Přebytek energie a momentu hybnosti byl vyzářen odvržením části obalu a především odvržením obrovského množství neutrin a antineutrin. Tím došlo ke stabilizaci černé díry. Tyto černé díry v jádrech galaxií ve složení z kvarků top a bottom vydržely až do současnosti a pohlcováním hmoty a energie z jejich okolí neustále zvětšují svou hmotnost až na stovky milionů hmotností slunce.
V pozdější době se vlivem rozpínání vesmíru atomy vodíku a dalších již vzniklých prvků od sebe vzdálily a neumožnily vznik tak velkých hvězd a následně černých děr. Vznikaly a vznikají menší černé díry. U hvězd s hmotností od 10 do 30 hmotností slunce dojde při výbuchu formou supernovy k odtržení pouze věnečku elektromagnetické interakce kvarků a vznikne neutronová hvězda složená z podivné hmoty. Vzhledem k absenci elektromagnetických sil se tváří, že je složená z neutronů, ale ve skutečnosti je tvořená středně energetickými kvarky charm a strange. Takováto neutronová hvězda má poloměr o 3 řády menší než slunce o stejné hmotnosti. Podobně jako elektrická cívka intenzivně vyzařuje v ose otáčení velmi vysoce energetické záření. Část velmi rychle se otáčejících neutronových hvězd má obdobu elektromagnetického náboje o energiích nejméně o 3 řády vyšších. Nazýváme je magnetary, protože při výbuchu formou supernovy se kolem osy otáčení oddělí elektronová část elektromagnetické interakce a v po obvodu otáčení část s minimem elektronového obalu původních kvarků up a dovn. Okolí objektu tím získá obrovské elektromagnetické pole. Sloučením neutronových hvězd nebo magnetarů dochází také ke vzniku klasické černé díry.
Černé díry pohlcují běžnou hmotu, která se dostane do jejich blízkosti. Na druhou stranu podobně jako elektrická cívka v ose otáčení intenzivně vyzařují vysoce energetické záření. To je doloženo zářícími výtrysky odvržené hmoty v polárních oblastech černých děr. Kdyby nebyly intenzivně zahřívané velmi vysoce energetickým zářením v ose černé díry, pak by zářily mnohem kratší dobu než hmota odvrhovaná v rovníkové oblasti černých děr. Černé díry tak částečně recyklují hmotu na záření.
Při vzniku černých děr platí ještě jedna zajímavá zákonitost. Velikost černé díry v poměru k velikosti její galaxie závisí nepřímo úměrně na rotačním momentu původního oblaku fotonů, vodíku, hélia a případně vyšších prvků. Čím rychleji se původní oblak hmoty a záření otáčel, tím dříve v důsledku zvyšování rychlosti otáčení při jeho rotačním smršťování došlo k odvrhování částí tohoto mračna, ze kterých dále vznikaly hvězdy. Tím více hvězd tedy vzniklo. U pomaleji rotujících oblaků hmoty a záření docházelo k odvrhování hmoty později jejich centrální černá díra je vzhledem k velikosti celé galaxie mnohonásobně větší než u původně rychle rotujících oblaků. Rozdíl může být až v miliónech jednotek.
Jestliže v první generaci hvězd byli převážně hvězdní obři, vznikly při jejich výbuchu obrovské černé díry a ty by tvořily převážnou část současné „hmoty“ vesmíru. Naštěstí při výbuchu supernov je většina sluneční hmoty výbuchem rozptýlena a součástí černé díry se stávalo u velkých hvězd pouze asi 20 % sluneční hmoty. U současných poměrně malých supernov je tento podíl větší a může dosahovat až 40 % sluneční hmoty. Podobně tomu tak bylo u výbuchů prvotních maxioblaků vodíku a hélia, které vytvořily těžší prvky pro hvězdy druhé a dalších generací. Ty po sobě zanechaly již menší černé díry. I tak je množství hmoty či spíše kvantového vlnění uzavřeného v černých dírách obrovské a mohlo by představovat až šestinu celkové gravitační síly vesmíru.
Vyzařování energie černé díry v oblastech kolem osy otáčení vysvětluje ještě jeden jev - příčku galaxie. Galaxie s velmi masivní černou dírou ve svém středu má obrovské výtrysky záření kolem svých polárních oblastí. Tyto výtrysky způsobující intenzivní záření hmoty v jejich dosahu pozorujeme jako příčku galaxie. Galaxie s poměrně malou černou dírou má polární výtrysky energie poměrně malé a vypadá jako galaxie bez příčky. Na tvaru této příčky se však podílí ještě jeden jev - nárůst gravitace se vzdáleností od středu galaxie. Ten způsobí zalomení výtrysku energie a hmoty při nárůstu gravitace nad mez odstředivé síly.
Další způsob vyzařování černé díry je následující. Černá díra je těleso o nenulové teplotě a vyzařuje proto energii. Tato teplota u černé díry hmoty slunce je přibližně 1 miliontina stupně Kelvina. S klesající velikostí černých děr je však tato teplota vyšší a s tím roste i jejich vyzařování. Teoreticky je tak možné i jejich plné vyzáření (odpaření). To by však trvalo mnohem déle než je dosavadní trvání vesmíru. Dá se proto říci, že již vzniklé černé díry přetrvají přes uvedené druhy vyzařování s dílčími změnami až do konce rozpínání vesmíru.
Při hodnocení dějů souvisejících s černými děrami je nutno pečlivě vážit z hlediska které soustavy uvažujeme prostor a čas. Velice silná gravitace totiž zkracuje měřítka prostoru i času tím více, čím je hmotný bod blíže černé díry. Proto z hlediska vnějšího pozorovatele například dle eukleidovské soustavy neuvažující působení gravitace 16 km široký pás od obvodu kritického horizontu černé díry představuje ve skutečnosti dle zákonů obecné relativity 37 km široký pás. Poměrně jednoduše si toto zmenšení měřítek času a prostoru nesmírným zvýšením gravitace můžeme představit jako zakřivení prostoru vlivem gravitace, které se projeví při přiblížení ke kritickému horizontu jako zastavení pohybu bodu - jeho zamrznutí. Zcela jiný je pohled na ponořování bodu pod kritický obvod (horizont) černé díry z hlediska pozorovatele následujícího bod. Ten vidí plynulý rovnoměrný pohyb až do doby než bod začne rotovat v singularitě.