Niezwykle szybko rosnąca czarna dziura została wykryta przez Teleskop Chandra
Astronomowie odkryli szczególny kwazar, w którym może znajdować się niezwykle szybko rosnąca czarna dziura. Może ona powiększać się tempie, które uważano za niemożliwe.
Jak wskazują naukowcy z NASA, czarna dziura rośnie w najszybszym tempie, jakie kiedykolwiek odnotowano. Odkrycie to, dokonane przez teleskop kosmiczny Chandra, pracujący w zakresie promieni rentgenowskich, może pomóc wyjaśnić, w jaki sposób niektóre z tych obiektów mogły osiągnąć ogromną masę stosunkowo szybko po Wielkim Wybuchu.
Ta szybko rosnąca czarna dziura waży około miliarda razy więcej niż Słońce i znajduje się około 12,8 miliarda lat świetlnych od Ziemi – co oznacza, że astronomowie obserwują ją, jak wyglądała 920 milionów lat po powstaniu Wszechświata. Wytwarza ona więcej promieniowania rentgenowskiego niż jakikolwiek inny obiekt tego rodzaju zaobserwowany w ciągu pierwszego miliarda lat istnienia kosmosu.
Czarna dziura zasila coś co naukowcy nazywają kwazarem, czyli niezwykle jasny obiekt, który przyćmiewa całe galaktyki. Źródłem jego niezwykłej jasności są duże ilości materii, które zbierają się wokół czarnej dziury i wpadają do niej.
Chociaż obiekt, który został oznaczony RACS J0320-35, odkryto dwa lata temu, dopiero obserwacje przeprowadzone za pomocą Chandra w 2023 roku pozwoliły odkryć, co wyróżnia ten kwazar. Dane rentgenowskie pokazują, że ta czarna dziura wydaje się rosnąć w tempie przekraczającym normalną granicę dla tego typu obiektów. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie „The Astrophysical Journal Letters”.
Kiedy materia jest przyciągana w kierunku czarnej dziury, ulega ogrzaniu i wytwarza intensywne promieniowanie o szerokim spektrum, w tym promieniowanie rentgenowskie i światło optyczne. Promieniowanie to wywiera nacisk na spadającą materię. Kiedy tempo jej opadania osiąga wartość krytyczną, ciśnienie promieniowania równoważy grawitację czarnej dziury i materia nie może już zbliżać się do środka z większą prędkością. Ta maksymalna wartość nazywana jest limitem Eddingtona (Eddington limit).
Naukowcy uważają, że czarne dziury rosnące wolniej niż limit Eddingtona musiałyby powstać z masą około 10 tysięcy słońc lub większą, aby mogły osiągnąć miliard mas słonecznych w ciągu miliarda lat po Wielkim Wybuchu — jak zaobserwowano w RACS J0320-35. Czarna dziura o tak dużej masie początkowej mogłaby powstać bezpośrednio w wyniku niezwykłego procesu – zapadnięcia się ogromnej chmury gęstego gazu zawierającego niezwykle małe ilości pierwiastków cięższych od helu, co jest zjawiskiem niezwykle rzadkim.
Jeśli jednak RACS J0320-35 rzeczywiście rośnie w szybkim tempie – szacowanym na 2,4 razy więcej niż limit Eddingtona – i trwa to od dłuższego czasu, jego czarna dziura mogła powstać w bardziej konwencjonalny sposób, z masą mniejszą niż sto słońc, w wyniku implozji masywnej gwiazdy.
„Znając masę czarnej dziury i obliczając tempo jej wzrostu, jesteśmy w stanie oszacować, jak duża mogła być w momencie powstania. Dzięki tym obliczeniom możemy teraz sprawdzić różne teorie dotyczące powstawania czarnych dziur” – mówi Alberto Moretti z INAF-Osservatorio Astronomico di Brera.
Aby ustalić, jak szybko rosła ta czarna dziura (od 300 do 3000 słońc rocznie), astronomowie porównali modele teoretyczne z sygnaturą rentgenowską, czyli widmem, uzyskanym przez teleskop Chandra, który mierzy ilości promieniowania rentgenowskiego o różnych energiach. Odkryli, że widmo ściśle odpowiadało temu, czego oczekiwali na podstawie modeli czarnej dziury rosnącej szybciej niż limit Eddingtona. Dane z zakresu światła optycznego i podczerwonego również potwierdzają interpretację, że ta czarna dziura przybiera na wadze szybciej niż możliwe jest to w założeniach.
„W jaki sposób Wszechświat stworzył pierwszą generację czarnych dziur? To jedno z największych pytań w astrofizyce, a ten obiekt pomaga nam znaleźć odpowiedź” – podsumowuje Thomas Connor z Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian.
Emil Gołoś
