Dlaczego obecnie supermasywne czarne dziury rosną wolniej?
Dzięki teleskopowi kosmicznemu Chandra astronomom udało się rozwiązać tajemnicę, dlaczego obecnie supermasywne czarne dziury rosną znacznie wolniej niż w przeszłości.
.W ramach nowego badania, naukowcy pod kierownictwem Zhibo Yu z Penn State University, przyjrzeli się bliżej temu, dlaczego tempo wzrostu supermasywnych czarnych dziur jest obecnie znacznie niższe niż w przeszłości. Analizy wykorzystujące obserwacje z należącego do NASA teleskopu rentgenowskiego Chandra oraz innych podobnych urządzeń wykazały, że te niezwykłe obiekty nie są już w stanie pochłaniać materii tak szybko, jak robiły to w początkach Wszechświata. Badanie zostało opublikowane czasopiśmie „The Astrophysical Journal”.
Jak opisują astronomowie, dziesięć miliardów lat temu istniał okres, który nazwany jako „kosmiczne południe” („cosmic noon”), wówczas wzrost supermasywnych czarnych dziur (obiektów o masach od milionów do miliardów razy większych od masy Słońca) osiągnął szczyt w całej historii Wszechświata. Jednak między tamtym okresem a dniem dzisiejszym astronomowie zaobserwowali znaczne spowolnienie tempa ich powiększania się.
Gdy gaz wpada do supermasywnej czarnej dziury, nagrzewa się i emituje duże ilości promieniowania, w tym promieniowanie rentgenowskie, te szybciej rosnące emitują go najwięcej. Od dawna teleskop Chandra i inne podobne urządzenia wskazują spadek tempa wzrostu tych niezwykle gęstych obiektów, obserwując je w różnych odległościach we Wszechświecie.
Analizując obserwacje około 1,3 miliona galaktyk oraz 8 tysięcy rosnących supermasywnych czarnych dziur uzyskane dzięki teleskopom Chandra, XMM-Newton Europejskiej Agencji Kosmicznej oraz eROSITA (extended ROentgen Survey with an Imaging Telescope Array), astronomowie byli w stanie ustalić przyczynę tego spowolnienia.
„Wygląda na to, że pochłanianie materii przez czarne dziury znacznie spowolniło wraz ze starzeniem się Wszechświata. Prawdopodobnie wynika to z faktu, że od czasu kosmicznego południa zmniejszyła się ilość zimnego gazu dostępnego do pochłaniania” – mów Niel Brandt, również z Penn State University.
.W badaniu naukowcy określili jasność i masę czarnych dziur oraz liczbę galaktyk w badanej próbie, które zawierały źródła promieniowania rentgenowskiego, co wskazywało na obecność rosnących supermasywnych czarnych dziur. Badacze wykorzystali wiele przeglądów nieba, od płytkich badań dużych obszarów kosmosu po bardzo długie obserwacje mniejszych regionów.
W ramach tych obserwacji teleskopy XMM-Newton i eROSITA dostarczyły środkowe i dolne warstwy analizowanego obrazu nieba, obejmujące większe, ale płytsze obszary. Z kolei Chandra zapewnił górną warstwę – głębokie obserwacje niewielkiego obszaru, które pozwoliły wykryć słabsze i bardziej odległe rosnące czarne dziury.
„Łącząc dane z różnych teleskopów rentgenowskich, mogliśmy stworzyć lepszy obraz wzrostu czarnych dziur, niż byłoby to możliwe przy użyciu tylko jednego urządzenia. Dzięki temu mogliśmy ustalić, dlaczego w ciągu ponad dziesięciu miliardów lat wzrost supermasywnych czarnych dziur przeszedł od intensywnego, przez umiarkowany, aż praktycznie się zatrzymał” – twierdzi Fan Zou z University of Michigan.
Astronomowie przeprowadzili testy trzech głównych scenariuszy rozważanych obecnie jako możliwe przyczyny spowolnienia wzrostu czarnych dziur, które zakładały to czy spadek tempa wzrostu wynikał z mniej efektywnego pochłaniania materii, mniejszych typowych mas czarnych dziur, czy też mniejszej liczby aktywnie rosnących czarnych dziur.
.Analiza danych obejmujących miliardy lat historii kosmosu doprowadziła naukowców do wniosku, że obiekty te rzeczywiście pochłaniają materię coraz wolniej w miarę upływu czasu od Wielkiego Wybuchu. Badacze również przewidują, że ten trend wolniejszego wzrostu będzie się utrzymywał w przyszłości.
Emil Gołoś
