Gaura neagră recent observată are o masă de 17 miliarde de sori, adăugând încă o zi zilnică

frenezie de hrănire –

Un disc de acreție cu lungimea de 7 ani lumină alimentează o galaxie excepțional de strălucitoare.

Quasarii i-au confundat inițial pe astronomi când au fost descoperiți. Identificate mai întâi ca surse de radiații cu frecvență radio, observațiile ulterioare au arătat că obiectele aveau omoloage optice care arătau ca stelele. Dar spectrul acestor stele aparente a arătat o mulțime de emisii la lungimi de undă care nu păreau să corespundă niciunui atom despre care știam.

În cele din urmă, ne-am dat seama că acestea erau linii spectrale ale atomilor normali, dar puternic deplasate spre roșu de distanțe imense. Aceasta înseamnă că pentru a apărea ca stelele la aceste distanțe, aceste obiecte trebuiau să fie mai strălucitoare decât o întreagă galaxie. În cele din urmă, am descoperit că quasarii sunt lumina produsă de o gaură neagră supermasivă care se hrănește activ în centrul unei galaxii.

Dar găsirea de noi exemple a rămas dificilă, deoarece, în cele mai multe imagini, ele continuă să arate exact ca stelele – mai trebuie să obțineți un spectru și să aflați distanța lor pentru a ști că vă uitați la un quasar. Din această cauză, ar putea exista niște quasari neobișnuiți pe care i-am ignorat pentru că nu ne-am dat seama că sunt quasari. Acesta este cazul unui obiect numit J0529−4351, care s-a dovedit a fi cel mai strălucitor quasar pe care l-am observat vreodată.

Asta nu e o stea!

J0529−4351 a fost observat de mai multe ori, dar natura sa nu a fost recunoscută până când un sondaj a mers la vânătoare de quasari și a recunoscut că era unul. La momentul lucrării din 2023 care a descris sondajul, cercetătorii din spatele acestuia au sugerat că fie a fost mărit prin lentile gravitaționale, fie că era cel mai strălucitor quasar pe care l-am identificat vreodată.

În Nature Astronomy de săptămâna aceasta, ei au confirmat: Nu are lentile, chiar este atât de strălucitor. Lentila gravitațională tinde să distorsioneze obiectele sau să creeze mai multe imagini ale acestora. Dar J0529−4351 este nedistorsionat și nimic din apropiere nu arată ca acesta. Și nu există nimic în prim plan care să aibă suficientă masă pentru a crea o lentilă.

Deci, cum să luați un exemplu de obiect incredibil de luminos și să îl faceți și mai luminos? Lumina de la un quasar este produsă de un disc de acreție. În timp ce discurile de acreție se pot forma în jurul găurilor negre cu mase asemănătoare stelelor, quasarii necesită o gaură neagră supermasivă precum cele găsite în centrul galaxiilor. Aceste discuri sunt formate din material care a fost captat de gravitația găurii negre și se află pe orbită înainte de a cădea spre interior și de a traversa orizontul evenimentelor. Lumina este creată pe măsură ce materialul este încălzit de ciocnirile particulelor sale constitutive și renunță la energia gravitațională pe măsură ce cade în interior.

A obține mai multă lumină dintr-un disc de acreție este destul de simplu: fie puneți mai mult material în el, fie îl faceți mai mare. Dar există o limită la cât de mult material poți înghesui într-unul. La un moment dat, discul de acreție va produce atât de multă radiație încât alungă orice material suplimentar care cade spre interior, în mod esențial sufocându-și propria hrană. Denumită limită Eddington, aceasta stabilește plafoane cât de strălucitor poate fi un disc de acreție și cât de repede poate crește o gaură neagră.

Factori precum masa găurii negre și rotația acesteia ajută la stabilirea limitei Eddington. În plus, cantitatea de material care cade spre interior poate scădea sub limita Eddington, ceea ce duce la producerea unui pic mai puțin de lumină. Încercând diverse combinații ale acestor factori și verificându-i cu datele observaționale, cercetătorii au venit cu mai multe estimări pentru proprietățile găurii negre supermasive și ale discului său de acreție.

Extrem de luminos

Pentru dimensiunea găurii negre supermasive, cercetătorii propun două estimări posibile: una la 17 miliarde de mase solare, iar cealaltă la 19 miliarde de mase solare. Acesta nu este cel mai masiv cunoscut, dar există doar aproximativ o duzină considerat a fi mai mare. (Pentru comparație, cel din centrul Căii Lactee are „doar” aproximativ 4 milioane de mase solare.) Datele se potrivesc cel mai bine printr-o rotire moderată, cu noi vizionarea lor de la aproximativ 45 de grade de polul găurii negre. Discul de acreție ar avea o lungime de aproximativ șapte ani lumină. Adică, dacă sistemul ar fi centrat pe Soarele nostru, mai multe stele din apropiere ar fi în interiorul discului.

Rata de acumulare necesară pentru a alimenta luminozitatea este chiar sub limita Eddington și se ridică la aproximativ 370 de mase solare de material pe an. Sau cam un soare pe zi. În acest ritm, ar dura aproximativ 30 de milioane de ani pentru a se dubla dimensiunea.

Dar este rar să ai atât de mult material în preajmă pentru ca cineva să se hrănească atât de mult. Și o privire prin imaginile de arhivă arată că luminozitatea lui J0529−4351 poate varia cu până la 15%, așa că nu este probabil să depășească limita Eddington tot timpul.

Chiar și așa, este dificil de înțeles cum atât de mult material poate fi condus în centrul unei galaxii pentru o perioadă considerabilă de timp. Cercetătorii sugerează că Matrice de telescoape ALMA s-ar putea să afle ceva neobișnuit acolo. „Dacă quasarii extremi au fost cauzați de fluxuri neobișnuite de gaze ale galaxiei gazdă, ALMA ar trebui să vadă acest lucru”, scriu ei. „Dacă nu s-a găsit nimic neobișnuit în gazul gazdă, atunci acest lucru ar ascuți binecunoscutul puzzle despre cum să susțină rate mari de acumulare suficient de mult pentru a forma găuri negre supermasive atât de extreme.”

Întregul disc de acumulare este, de asemenea, suficient de mare încât ar trebui să fie posibil să-l imaginezi cu Telescop foarte marecare ne-ar permite să urmărim rotația discului și să estimăm masa găurii negre.

Prin urmare, natura extremă a sistemului ne poate ajuta să ne dăm seama de detaliile sale, în ciuda distanței sale imense. Între timp, cercetătorii se întreabă dacă alte sisteme neobișnuite ar putea rămâne nedescoperite pur și simplu pentru că nu am considerat că un obiect ar putea fi un quasar în loc de o stea.

Nature Astronomy, 2024. DOI: 10.1038/s41550-024-02195-x (Despre DOI).