Astronomowie odkryli czarną dziurę rosnącą w jednym z najszybszych temp w historii. To niezwykłe odkrycie może pomóc w zrozumieniu, jak niektóre czarne dziury osiągnęły gigantyczne rozmiary stosunkowo szybko po Wielkim Wybuchu.
Według zespołu astronomów czarna dziura rośnie w jednym z najszybszych temp, jakie kiedykolwiek zarejestrowano. To odkrycie dokonane przez Obserwatorium Rentgenowskie Chandra może pomóc wyjaśnić, jak niektóre czarne dziury mogą osiągać ogromne masy stosunkowo szybko po Wielkim Wybuchu.
Czarna dziura ma masę około miliarda razy większą niż Słońce i znajduje się około 12,8 miliarda lat świetlnych od Ziemi, co oznacza, że astronomowie widzą ją zaledwie 920 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Produkuje ona więcej promieniowania rentgenowskiego niż jakakolwiek inna czarna dziura obserwowana w pierwszym miliardzie lat istnienia Wszechświata.
Czarna dziura zasila to, co naukowcy nazywają kwazarem – niezwykle jasny obiekt, którego jasność przyćmiewa całe galaktyki. Źródłem energii tego świecącego potwora są ogromne ilości materii krążącej wokół czarnej dziury i wpadającej do niej.
Chociaż ten sam zespół odkrył go dwa lata temu, dopiero obserwacje z Chandry w 2023 roku pozwoliły na odkrycie, co wyróżnia ten kwazar, RACS J0320-35. Dane rentgenowskie pokazują, że ta czarna dziura wydaje się rosnąć w tempie przekraczającym normalne limity dla tego typu obiektów.
To było trochę szokujące widzieć, jak ta czarna dziura rozrasta się w zawrotnym tempie – powiedział Luca Ighina z Astrofizyki Harvard & Smithsonian w Cambridge w stanie Massachusetts, który kierował badaniami.
Gdy materia jest przyciągana do czarnej dziury, ulega nagrzaniu i wytwarza intensywne promieniowanie o szerokim spektrum, obejmujące promieniowanie rentgenowskie i światło widzialne. Promieniowanie to wywiera ciśnienie na opadającą materię. Gdy tempo opadania materii osiągnie wartość krytyczną, ciśnienie promieniowania równoważy grawitację czarnej dziury i materia normalnie nie może opadać szybciej. To maksimum nazywane jest granicą Eddingtona. https://www.urania.edu.pl/tagi/grania-eddingtona
Naukowcy uważają, że czarne dziury rosnące wolniej niż granica Eddingtona muszą powstawać z masą około 10 000 mas Słońca lub większą, aby osiągnąć masę miliarda mas Słońca w ciągu miliarda lat po Wielkim Wybuchu – co zaobserwowano w RACS J0320-35. Czarna dziura o tak dużej masie początkowej mogłaby powstać bezpośrednio w wyniku egzotycznego procesu: zapadnięcia się ogromnego obłoku gęstego gazu zawierającego nietypowo niskie ilości pierwiastków cięższych od helu, co jest zjawiskiem niezwykle rzadkim.
Jeśli RACS J0320-35 rzeczywiście rośnie w szybkim tempie – szacowanym na 2,4-krotność limitu Eddingtona – i dzieje się tak przez dłuższy czas, jego czarna dziura mogła powstać w bardziej konwencjonalny sposób, mając masę mniejszą niż sto mas Słońca, co nastąpiło w wyniku implozji masywnej gwiazdy.
Znając masę czarnej dziury i obliczając tempo jej wzrostu, możemy oszacować jej masę w momencie powstania – powiedział współautor Alberto Moretti z INAF-Osservatorio Astronomico di Brera we Włoszech. Dzięki tym obliczeniom możemy teraz przetestować różne teorie dotyczące powstawania czarnych dziur.
Aby określić tempo wzrostu tej czarnej dziury (od 300 do 3000 mas Słońca rocznie), naukowcy porównali modele teoretyczne z widmem rentgenowskim z Chandra, które określa ilość promieniowania rentgenowskiego przy różnych energiach. Stwierdzili, że widmo Chandra ściśle odpowiada oczekiwaniom modeli czarnej dziury rosnącej szybciej niż granica Eddingtona. Dane z zakresu optycznego i podczerwonego również potwierdzają interpretację, że ta czarna dziura przybiera na wadze szybciej niż pozwala na to granica Eddingtona.
W jaki sposób Wszechświat stworzył pierwszą generację czarnych dziur? – zapytał współautor Thomas of Connor, również z Centrum Astrofizyki. To pozostaje jednym z najważniejszych pytań w astrofizyce, a ten jeden obiekt pomaga nam znaleźć odpowiedź.
Inną zagadką naukową, której dotyczy ten wynik, jest przyczyna powstawania strumieni cząstek, które oddalają się od niektórych czarnych dziur z prędkością bliską prędkości światła, jak zaobserwowano w RACS J0320-35. Takie strumienie są rzadkie w przypadku kwazarów, co może oznaczać, że szybkie tempo wzrostu czarnej dziury w jakiś sposób przyczynia się do ich powstawania.
Artykuł opisujący te wyniki został opublikowany w czasopiśmie The Astrophysical Journal.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- NASA’s Chandra Finds Black Hole With Tremendous Growth
- X-Ray Investigation of Possible Super-Eddington Accretion in a Radio-loud Quasar at z = 6.13
Źródło: NASA
Na ilustracji: Wizja artystyczna supermasywnej czarnej dziury, otaczającego ją dysku materii spadającej w kierunku czarnej dziury oraz strumienia cząstek oddalających się z prędkością bliską prędkości światła. Ta czarna dziura reprezentuje niedawno odkryty kwazar zasilany przez czarną dziurę. Źródło: NASA/CXC/SAO/M. Weiss. Promieniowanie rentgenowskie: NASA/CXC/INAF-Brera/L. Ighina i inni; Ilustracja: NASA/CXC/SAO/M. Weiss; Przetwarzanie obrazu: NASA/CXC/SAO/N. Wolk
