Przejdź do treści

Naukowcy rzucają światło na pochodzenie czarnej dziury

img

Astrofizycy z Western University znaleźli dowody na bezpośrednie powstawanie czarnych dziur, które nie muszą pojawiać się z gwiezdnych pozostałości – odkrycie, które może dostarczyć naukowcom wyjaśnienia obecności niezwykle masywnych czarnych dziur w najwcześniejszych epokach naszego Wszechświata.

Profesorowie fizyki i astronomii Shantanu Basu i Arpan Das opracowali wyjaśnienie obserwowanego rozkładu mas i jasności supermasywnych czarnych dziur, dla których wcześniej nie było naukowego wyjaśnienia.

Odkrycie opiera się na prostym założeniu, że supermasywne czarne dziury tworzą się szybko w krótkim czasie, a następnie – nagle – zatrzymują się. To wyjaśnienie kontrastuje z obecnym rozumieniem, że czarne dziury o masie gwiazdowej pojawiają się, gdy masywna gwiazda zapada się do wewnątrz.

”Jest to pośredni dowód obserwacyjny, że czarne dziury pochodzą z bezpośredniego kolapsu, a nie z pozostałości gwiazdowych” – powiedział Basu, uznany na arenie międzynarodowej ekspert we wczesnych stadiach formowania się gwiazd i ewolucji dysku protoplanetarnego.

Basu i Das opracowali nowy model matematyczny, obliczając funkcję masy supermasywnych czarnych dziur, które tworzą się w ograniczonym czasie i podlegają gwałtownemu wykładniczemu wzrostowi. Wzrost masy może być regulowany przez limit Eddingtona, który jest ustalany przez równowagę promieniowania i sił grawitacyjnych, lub może go nawet przekroczyć o niewielki czynnik.

W ciągu ostatniej dekady odkryto liczne supermasywne czarne dziury, miliard razy masywniejsze niż Słońce, z wysokimi „przesunięciami ku czerwieni”, co oznacza, że znajdowały się we Wszechświecie już 800 mln lat po Wielkim Wybuchu. Obecność tych młodych i masywnych czarnych dziur kwestionuje nasze rozumienie ich powstawania i wzrostu. 

Scenariusz bezpośredniego zapadania się pozwala na uzyskanie mas początkowych o wiele większych, niż wynika to ze standardowego scenariusza gwiezdnych pozostałości i może w znacznym stopniu wyjaśnić obserwacje. Ten nowy wynik dostarcza dowodów, że we wczesnym Wszechświecie powstały czarne dziury po bezpośrednim kolapsie.

Basu wierzy, że te nowe wyniki mogą być wykorzystane do wnioskowania o historii formowania się ekstremalnie masywnych czarnych dziur, które istnieją we wczesnych epokach w naszym Wszechświecie i należy wykonać więcej pracy, aby udowodnić ich prawdziwość.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Więcej:
Researchers shine light on black hole origins

The Mass Function of Supermassive Black Holes in the Direct-collapse Scenario

Źródło: Western University