Folosind Telescopul spațial James Webbastronomii s-au uitat în urmă cu 13 miliarde de ani pentru a descoperi quasari surprinzător de singuratici, supramasivi, alimentați de găuri negre.
The Telescopul spațial James WebbObservațiile lui (JWST) sunt confuze, deoarece sunt izolate gauri negre ar trebui să se lupte să adune suficientă masă pentru a ajunge la statutul de supermasiv, mai ales la doar câteva sute de milioane de ani după Big bang. Descoperirea tulbură și mai mult apele când vine vorba de puzzle-ul despre cum unele găuri negre au crescut la mase echivalente cu milioane sau chiar miliarde de sori atunci când universul avea mai puțin de un miliard de ani.
Descoperirile au apărut după ce o echipă de oameni de știință a folosit JWST pentru a studia mediile a cinci dintre cei mai vechi quasari cunoscuți, care s-au format când cosmosul avea între 600 și 700 de milioane de ani. Echipa a descoperit că împrejurimile acestor quasari, cunoscute sub numele de „câmpuri de quasari”, erau surprinzător de variate. Unele erau mediile dens aglomerate pe care oamenii de știință le prevăd, dar altele erau „cămărușe goale” puțin populate, care s-ar lupta să alimenteze creșterea găurilor negre supermasive.
„Spre deosebire de credința anterioară, constatăm că, în medie, acești quasari nu se află neapărat în acele regiuni cu cea mai mare densitate din universul timpuriu. Unii dintre ei par să se așeze în mijlocul neantului”, Anna-Christina Eilers, profesor asistent la fizică la Massachusetts Institute of Technology, a spus într-un comunicat. „Este dificil de explicat cum ar fi putut acești quasari să crească atât de mari dacă par să nu aibă cu ce să se hrănească”.
Înrudit: Cele mai mari jeturi de găuri negre văzute vreodată sunt lungi până la 140 de Căile Lactee
Quazarii au nevoie de cămărușe pline
Se crede că găurile negre supermasive pândesc în inimile tuturor galaxiilor mari din universul relativ modern. Deoarece nicio stea nu este suficient de mare pentru a se prăbuși și găurile negre cu astfel de mase monstruoase, oamenii de știință știu că găurile negre supermasive trebuie să se formeze în moduri diferite decât așa-numitele „găuri negre cu masă stelară” cu mase între 10 și 100 de ori mai mari decât cele ale soarelui, născut. de la moartea stelelor masive.
Găurile negre supermasive pot crește prin fuziuni progresive ale găurilor negre din ce în ce mai mari, sugerează modelele – cu toate acestea, problema este că acest proces ar trebui durează peste 1 miliard de ani. Cu toate acestea, JWST vede găuri negre supermasive care s-au format în mult mai puțin timp.
Este posibil să se vadă aceste găuri negre supermasive, deoarece ele se află în medii imediate turbulente bogate în gaze numite nuclee galactice active (AGN) din care se hrănesc. Acest lucru facilitează și creșterea lor. Masa imensă a găurilor negre din aceste medii face ca norii turtiți de gaz și praf din jurul lor să strălucească puternic, deseori eclipsând lumina combinată a fiecărei stele din galaxia care le adăpostește. Această lumină, de trilioane de ori mai strălucitoare decât soarele, indică un quasar.
Cu toate acestea, găurile negre supermasive au nevoie de un „serviciu de livrare” pentru a menține împrejurimile lor imediate bine aprovizionate cu gaz și praf pentru a obține această luminozitate incredibilă.
„Este pur și simplu fenomenal că avem acum un telescop care poate capta lumina de acum 13 miliarde de ani atât de multe detalii”, a spus Eilers. „Pentru prima dată, JWST ne-a permis să privim mediul acestor quasari, unde au crescut și cum era cartierul lor”.
Pentru a investiga împrejurimile mai largi ale quasarurilor, echipa a selectat cinci regiuni supermasive alimentate de găuri negre studiate de JWST între august 2022 și iunie 2023. Acest lucru a necesitat „împreunarea” mai multor imagini pentru a crea un mozaic de câmp de quasar pentru fiecare cartier al unei găuri negre supermasive.
Prin procesarea lungimilor de undă multiple ale luminii din imagini, a fost, de asemenea, posibil să se determine dacă lumina provenea din galaxia vecină a unui quasar și să se măsoare cât de distanță își are originea galaxia în quasarul central strălucitor.
„Am descoperit că singura diferență dintre acești cinci quasari este că mediile lor arată atât de diferit”, a spus Eilers. „De exemplu, un quasar are aproape 50 de galaxii în jurul său, în timp ce altul are doar două. Și ambii quasar sunt în aceeași dimensiune, volum, luminozitate și timp ale universului.
„A fost cu adevărat surprinzător de văzut”.
Au avut găurile negre supermasive timpurii „pușe de creștere”?
Descoperirile echipei provoacă ideea creșterii găurilor negre supermasive și chiar a formării galaxiilor în ansamblu. Înțelegerea actuală este că această evoluție a fost ghidată de o vastă „pânză cosmică” de materie întunecată; materia întunecată reprezintă aproximativ 85% din întreaga materie, dar rămâne efectiv invizibilă pentru noi.
Filamentele de materie întunecată din rețeaua cosmică au ghidat gazul și praful din universul timpuriu, atrăgând materia primordială de-a lungul urechilor sale. Acolo unde firele acestei rețele cosmice s-au întâlnit, s-au acumulat regiuni prea dense de materie. Aici s-au construit galaxii timpurii și ar trebui găsiți primii quasari.
„Rețeaua cosmică a materiei întunecate este o predicție solidă a modelului nostru cosmologic al universului și poate fi descrisă în detaliu folosind simulări numerice”, a spus liderul echipei Elia Pizzati, student absolvent la Universitatea Leiden, în declarație. „Comparând observațiile noastre cu aceste simulări, putem determina unde se află quasarii din rețeaua cosmică”.
Găurile negre supermasive situate la aceste noduri din rețeaua cosmică ar trebui să crească prin acumularea constantă și rapidă de gaz și praf furnizate de rețeaua cosmică ca un Grub Hub galactic – acest lucru le-ar permite quasarelor să atingă mase monstruoase și luminozitate extremă – dar oamenii de știință încă mai trebuie să știu cum s-a întâmplat asta atât de timpuriu în istoria universului.
„Întrebarea principală la care încercăm să răspundem este cum se formează aceste găuri negre de miliarde de masă solară într-un moment în care universul este încă cu adevărat, cu adevărat tânăr? Este încă la început”, a spus Eilers.
Din păcate, această cercetare pare să fi ridicat mai multe întrebări decât să răspundă la cele care îi tulbură deja pe oamenii de știință. Cartierele sterpe par să semnifice o lipsă de materie întunecată și supradensități ale nodurilor web cosmice. Dacă este cazul, teoriile actuale ale mecanismului de creștere nu pot explica acești quasari.
O posibilă soluție la acest mister este că acești quasari timpurii sunt de fapt înconjurați de praf cosmic și, prin urmare, nu sunt vizibili. Echipa intenționează acum să-și „ajusteze” observațiile asupra acestor câmpuri de quasar potențial goale pentru a descoperi astfel de galaxii învăluite.
„Rezultatele noastre arată că încă lipsește o piesă semnificativă din puzzle despre cum cresc aceste găuri negre supermasive”, a concluzionat Eilers. „Dacă nu există suficient material în jur pentru ca unii quasari să poată crește continuu, înseamnă că trebuie să existe o altă modalitate prin care să se poată crește, pe care încă nu am descoperit-o.”
Cercetarea echipei a fost publicată pe 17 octombrie în Jurnalul Astrofizic.
Postat inițial pe Space.com.