Dlaczego czarne dziury rosły tak szybko na początku Wszechświata?

Astronomowie odkryli, dlaczego czarne dziury rosły tak szybko na początkach istnienia kosmosu. Odpowiedzialne za to były chaotyczne warunki panujące we wczesnym Wszechświecie.

.Naukowcy od lat zastanawiali się, jak czarne dziury stały się niezwykle duże i masywne, tak szybko w historii Wszechświata. W ramach nowego badania, astronomom z Maynooth University, udało rozwiązać się tę zagadkę. Badanie zostałopublikowane w czasopiśmie „Nature Astronomy”.

„Odkryliśmy, że chaotyczne warunki panujące we wczesnym Wszechświecie spowodowały, że małe czarne dziury urosły do rozmiarów supermasywnych czarnych dziur, które obserwujemy obecnie, po okresie intensywnego wzrostu, podczas którego pochłaniały one otaczającą je materię” – mówi Daxal Mehta z Maynooth University.

„Wykorzystując najnowocześniejsze symulacje komputerowe, wykazaliśmy, że pierwsza generacja czarnych dziur – powstałych zaledwie kilkaset milionów lat po Wielkim Wybuchu – rosła w niesamowicie szybkim tempie, osiągając rozmiary dziesiątki tysięcy razy większe od naszego Słońca. To przełomowe odkrycie rozwiązuje jedną z największych zagadek astronomii. Chodzi o to, w jaki sposób czarne dziury powstałe we wczesnym wszechświecie, zaobserwowane przez Teleskop Kosmiczny Jamesa Webba, zdołały tak szybko osiągnąć tak ogromne rozmiary” – dodaje Lewis Prole z Maynooth University.

Gęste, wypełnione gazem środowiska wczesnych galaktyk umożliwiały krótkie epizody „superakrecji Eddingtona” („super Eddington accretion”) – jak tłumaczą badacze, były to sytuacje, w których czarne dziury „pochłaniały” materię szybciej niż ma to miejsce normalnie, tak szybko, że powinny one wyrzucić to co „pożerały” wraz ze światłem, ale mimo to nadal asymilowały materiał.

Badanie pomogło również lepiej zrozumieć połączenie między pierwszymi gwiazdami a supermasywnymi czarnymi dziurami, które pojawiły się znacznie później.

„Wcześniej uważano, że te maleńkie czarne dziury były zbyt małe, aby mogły wyrosnąć na gigantyczne obiekty obserwowane w centrum wczesnych galaktyk. Wykazaliśmy, że te wczesne czarne dziury, choć małe, były w stanie rosnąć w spektakularnym tempie, jeśli tylko panowały odpowiednie warunki” – podkreśla Daxal Mehta.

Jak tłumaczą naukowcy, czarne dziury dzielą się na dwa typy powstające z „ciężkiego zalążka” („heavy seed”) i „lekkigo” („light seed”). Te powstające z „lekkiego’ były na początku stosunkowo małe, miały co najwyżej od dziesięciu do kilkuset razy większą masę niż Słońce i musiały od tego poziomu rozrastać, żeby stać się „supermasywne” – czyli mieć masę milion razy większą niż Słońce. Z kolei czarne dziury powstające z „ciężkiego zalążka” były już od swojego początku znacznie masywniejsze, a ich masa w momencie powstania mogła sięgać nawet stu tysięcy mas Słońca.

Do tej pory astronomowie uważali, że czarne dziury powstające z „ciężkiego zalążka” były niezbędne, aby wyjaśnić obecności supermasywnych czarnych dziur znajdujących się w centrum większości dużych galaktyk.

.„Teraz nie jesteśmy tego tak pewni. Czarne dziury powstające z „ciężkich zalążków” są nieco bardziej egzotyczne i mogły wymagać rzadkich warunków do powstania. Nasze symulacje pokazują, że pospolite gwiazdowe czarne dziury mogły rosnąć w ekstremalnym tempie we wczesnym Wszechświecie. Wczesny Wszechświat był znacznie bardziej chaotyczny i burzliwy, niż się spodziewaliśmy, a populacja masywnych czarnych dziur była znacznie większa, niż przewidywaliśmy” – podsumowuje John Regan z Maynooth University.

Oprac. EG