Cercetătorii observă că hrănirea găurii negre este de 40 de ori limita teoretică

Cum au ajuns găurile negre supermasive în centrul fiecărei galaxii? Cu ceva timp în urmă, nu a fost atât de greu de explicat: acolo este cea mai mare concentrație de materie, iar găurile negre au avut miliarde de ani pentru a se hrăni cu ea. Dar, pe măsură ce ne-am uitat din ce în ce mai adânc în istoria Universului, continuăm să găsim găuri negre supermasive, care scurtează cronologia formării lor. În loc să mănânce pe îndelete din materie din apropiere, aceste găuri negre s-au saturat într-o frenezie de hrănire.

Odată cu apariția telescopului spațial Webb, problema a împins limitele teoretice. Materia care cade într-o gaură neagră generează radiații, alimentarea mai rapidă însemnând mai multe radiații. Și acea radiație poate alunga materia din apropiere, sufocând hrana găurii negre. Aceasta stabilește o limită cu privire la cât de repede pot crește găurile negre, dacă materia nu este cumva alimentată direct în ele. Webb era obișnuit identifica găurile negre supermasive timpurii care trebuiau să împingă limita pentru întreaga lor existență.

Dar este posibil ca Webb să fi identificat și o soluție la dilemă. A observat o gaură neagră care pare să se hrănească cu de 40 de ori limita teoretică timp de milioane de ani, permițând creșterea într-un ritm suficient pentru a construi o gaură neagră supermasivă.

Stabilirea limitelor

Materia care cade într-o gaură neagră se adună în general în ceea ce se numește un disc de acreție, orbitează în jurul corpului și se încălzește din cauza ciocnirilor cu restul discului, totul în timp ce pierde energie sub formă de radiație. În cele din urmă, dacă se pierde suficientă energie, materialul cade în gaura neagră. Cu cât există mai multă materie, cu atât discul de acreție devine mai strălucitor și cu atât mai multă materie care este îndepărtată înainte de a putea cădea. Punctul în care presiunea radiației alungă atâta materie cât trage gaura neagră se numește Limita Eddington. Cu cât gaura neagră este mai mare, cu atât este mai mare această limită.

Este posibil să se depășească Limita Eddington dacă materia cade direct în gaura neagră fără a petrece timp în discul de acreție, dar necesită o configurație destul de distinctă a norilor de gaz din apropiere, ceva care este puțin probabil să persistă mai mult de câteva milioane de ani.

Asta creează o problemă pentru găurile negre supermasive. Singura modalitate pe care o cunoaștem de a forma o gaură neagră – moartea unei stele masive într-o supernovă – tinde să le producă cu doar de câteva ori masa Soarelui. Chiar și presupunând stele neobișnuit de masive din Universul timpuriu, împreună cu câteva fuziuni ale găurilor negre, este de așteptat ca majoritatea semințelor potențiale ale unei găuri negre supermasive să se afle în zona de 100 de ori masa Soarelui. Există idei teoretice despre prăbușirea directă a norilor de gaz care evită formarea stelelor care intervin și formează imediat o gaură neagră cu masa de 10.000 de ori mai mare decât Soarele, dar rămân în întregime ipotetice.

În ambele cazuri, găurile negre ar trebui să aspire multă materie înainte de a atinge proporții supermasive. Dar majoritatea găurilor negre supermasive timpurii observate folosind Webb se hrănesc cu aproximativ 20% din limita Eddington, pe baza lipsei lor de emisii de raze X. Acest lucru înseamnă fie că s-au alimentat cu mult dincolo de Limita Eddington mai devreme în istoria lor, fie că și-au început existența ca găuri negre foarte grele.

Obiectul care se află în centrul acestui nou raport, LID-568, a fost observat pentru prima dată folosind telescopul cu raze X Chandra (un observator care a fost recent amenințat cu închiderea). LID-568 este luminos la lungimi de undă de raze X, motiv pentru care Chandra l-ar putea observa și sugerează posibilitatea că se hrănește cu o rată extrem de mare. Imaginile în infraroșu arată că aceasta pare a fi o sursă punctuală, așa că echipa de cercetare a concluzionat că cea mai mare parte a luminii pe care o vedem provine direct de la discul de acreție, mai degrabă decât de la stelele din galaxia pe care o ocupă.

Dar asta a făcut dificilă determinarea oricăror detalii despre mediul găurii negre sau să ne dăm seama cât de veche avea în raport cu Big Bang-ul în momentul în care îl vedem. Deci, cercetătorii au îndreptat Webb spre el pentru a capta detalii pe care alte observatoare nu le-au putut imagina.

Un mâncător rapid

Folosirea spectroscopiei a arătat că privim LID-568 așa cum a existat la aproximativ 1,5 miliarde de ani după Big Bang. Emisiile de gaze și praf din zonă au fost scăzute, ceea ce sugerează că gaura neagră se află într-o galaxie pitică. Pe baza emisiei de hidrogen, cercetătorii estimează că gaura neagră este de aproximativ un milion de ori masa Soarelui – nimic de care ai dori să te apropii, dar mic în comparație cu multe găuri negre supermasive.

De fapt, este similară ca masă cu un număr de găuri negre pe care Webb a fost folosit pentru a le identifica în galaxii care sunt considerabil mai vechi. Dar este mult, mult mai strălucitor (la fel de strălucitor ca ceva de 10 ori mai greu) și include emisiile de raze X care le lipsesc. De fapt, este atât de strălucitor în comparație cu masa sa, încât cercetătorii estimează că ar putea produce atât de multă radiație decât dacă s-ar hrăni cu mult peste Limita Eddington. În cele din urmă, ei estimează că depășește limita Eddington cu un factor de peste 40.

În mod critic, Webb a reușit să identifice doi lobi de material care se mișcau spre noi la viteze mari, pe baza deplasării în albastru a liniilor de emisii de hidrogen. Acestea sugerează că materialul se mișcă cu peste 500 de kilometri pe secundă și se întinde pe zeci de mii de ani lumină departe de gaura neagră. (Se presupune că aceste bulburi similare de material s-au îndepărtat de noi.) Având în vedere lungimea și viteza lor aparentă și presupunând că reprezintă gaz alungat de gaura neagră, cercetătorii au estimat cât timp a emis această radiație intensă.

45 comentarii