O gaură neagră misterioasă, descoperită în Zorii Cosmici, este mult prea mare pentru a putea fi explicată cu ușurință. Situată în centrul unei galaxii numite J1120+0641, aceasta are o masă de peste un miliard de sori.
Găuri negre mai mari există peste tot în jurul nostru în prezent. Problema este momentul existenței lui J1120+0641. La mai puțin de 770 de milioane de ani de la Big Bang, este greu de înțeles cum a avut timp gaura neagră să câștige atât de multă masă.
O gaură neagră misterioasă, de la începuturile Universului
Cunoaștem galaxia în care se află și gaura neagră supradimensionată de mai bine de un deceniu, iar oamenii de știință aveau idei cu privire la modul în care a apărut. Acum, observațiile efectuate cu ajutorul JWST (Telescopului Spaţial James Webb) au infirmat una dintre aceste idei. După toate măsurile luate, J1120+0641 pare „șocant de normală”, lăsând deschise explicații mai exotice pentru creșterea în greutate a găurii negre.
Descoperirea lui J1120+0641 a fost anunțată în anul 2011, iar timp de câțiva ani a rămas cea mai îndepărtată galaxie de tip quasar cunoscută. Au fost câțiva ani buni, de fapt. Din câte știam, J1120+0641 era o galaxie aberantă, o posibilă explicație pentru dimensiunea sa fiind încă în discuție.[sursa]
Galaxiile de tip quasar sunt galaxii care au în centru o gaură neagră supermasivă care se hrănește la o viteză uriașă. Acestea sunt înconjurate de un nor vast de gaz și praf, pe care le absorb cât de repede pot. Frecarea și gravitația din jurul găurii negre încălzesc materialul, făcându-l să strălucească puternic.
Dar viteza cu care o gaură neagră se poate hrăni nu este nelimitată. Viteza maximă stabilă este determinată de limita Eddington, dincolo de care materialul încălzit strălucește atât de tare încât presiunea radiațiilor ar depăși atracția gravitațională, împingând materialul la distanță și nelăsând nimic din care gaura neagră să se hrănească.
Acum, găurile negre pot intra pentru scurt timp într-un proces de acreție super-Eddington, în care depășesc această limită și înghit cât de mult material pot înainte ca presiunea radiațiilor să intervină. Aceasta este una dintre explicațiile posibile pentru gaura neagră din centrul J1120+0641 și, pe măsură ce le găsim în număr mai mare, pentru alte găuri negre mari care pândesc la începutul Universului.
Pentru a căuta semnele de acreție super-Eddington, astronomii aveau nevoie de date cu o rezoluție suficientă pentru a efectua o analiză detaliată a luminii galaxiei, în căutarea semnăturilor asociate cu procese extreme. Pentru aceasta, a fost nevoie de JWST, cel mai puternic telescop spațial construit vreodată, optimizat pentru a privi în acele zone îndepărtate ale spațiului și timpului.
JWST a observat galaxia la începutul anului 2023, iar o echipă condusă de astronomul Sarah Bosman de la Institutul Max Planck pentru Astronomie din Germania a analizat lumina colectată pentru a cataloga proprietățile materialului din jurul găurii negre: un tor uriaș de praf la periferie și un disc incandescent care se învârte în jurul găurii negre și o alimentează.
Această analiză arată că, de fapt, gaura neagră se alimentează destul de normal. Nu există nimic în acreția sa care să pară semnificativ diferit de alte galaxii quasar mai recente.
O posibilă explicație pentru aceste găuri negre gigantice este că praful suplimentar i-a determinat pe astronomi să le supraestimeze masele. Și totuși, nu există nici un semn de praf suplimentar.
Aceasta înseamnă că J1120+0641 este ceea ce pare a fi: o galaxie quasar destul de normală, cu o gaură neagră care nu înghite materie la o rată foarte mare. Gaura neagră și modul în care aceasta se hrănește erau deja relativ mature în momentul în care am observat-o, la câteva sute de milioane de ani de la Big Bang
„În general, noile observații nu fac decât să sporească misterul: Quasarii timpurii erau șocant de normali. Indiferent de lungimile de undă în care îi observăm, quasarii sunt aproape identici în toate epocile Universului.”, a spus Bosman.
Aceasta înseamnă că acreția super-Eddington nu este soluția pentru creșterea unor găuri negre extrem de masive la începutul timpurilor.
Cealaltă explicație principală este că găurile negre s-au format din „semințe” destul de mari la început. În loc de un proces lent și treptat de la ceva de mărimea unei stele, această teorie propune ca găurile negre să se fi format din colapsul unor aglomerări de materie sau chiar al unor stele extrem de uriașe, cu o masă de până la sute de mii de ori mai mare decât cea a Soarelui, ceea ce le-a dat un avans în creștere.
Pe măsură ce găsim din ce în ce mai mulți dintre acești mastodonți ascunși în ceața de la începutul Universului, această noțiune pare mai puțin bizară și mai mult cea mai bună explicație posibilă pe care o avem pentru această epocă misterioasă din istoria Universului nostru.