Μια μαύρη τρύπα αναπτύσσεται με έναν από τους ταχύτερους ρυθμούς που έχουν καταγραφεί ποτέ, σύμφωνα με μια ομάδα αστρονόμων.
Αυτή η ανακάλυψη από το Παρατηρητήριο ακτίνων Χ Chandra της NASA μπορεί να βοηθήσει στην εξήγηση του πώς ορισμένες μαύρες τρύπες μπορούν να φτάσουν σε τεράστιες μάζες σχετικά γρήγορα μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.
Η μαύρη τρύπα ζυγίζει περίπου ένα δισεκατομμύριο φορές τη μάζα του Ήλιου και βρίσκεται περίπου 12,8 δισεκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη, πράγμα που σημαίνει ότι οι αστρονόμοι τη βλέπουν μόνο 920 εκατομμύρια χρόνια μετά την έναρξη του σύμπαντος. Παράγει περισσότερες ακτίνες Χ από οποιαδήποτε άλλη μαύρη τρύπα που έχει παρατηρηθεί στα πρώτα δισεκατομμύριο χρόνια του σύμπαντος.
Η μαύρη τρύπα τροφοδοτεί αυτό που οι επιστήμονες ονομάζουν κβάζαρ, ένα εξαιρετικά φωτεινό αντικείμενο που επισκιάζει ολόκληρους γαλαξίες.
Η πηγή ενέργειας αυτού του λαμπερού τέρατος είναι μεγάλες ποσότητες ύλης που διοχετεύονται γύρω και εισέρχονται στη μαύρη τρύπα.
Ενώ η ίδια ομάδα την ανακάλυψε πριν από δύο χρόνια, χρειάστηκαν παρατηρήσεις από το Chandra το 2023 για να ανακαλύψει τι κάνει αυτό το κβάζαρ, το RACS J0320-35, να ξεχωρίζει.
Τα δεδομένα ακτίνων Χ αποκαλύπτουν ότι αυτή η μαύρη τρύπα φαίνεται να αναπτύσσεται με ρυθμό που υπερβαίνει το κανονικό όριο για αυτά τα αντικείμενα.
«Ήταν λίγο σοκαριστικό να βλέπουμε αυτή τη μαύρη τρύπα να αναπτύσσεται αλματωδώς», δήλωσε ο Luca Ighina του Κέντρου Αστροφυσικής | Harvard & Smithsonian στο Cambridge της Μασαχουσέτης, ο οποίος ηγήθηκε της μελέτης.
Όταν η ύλη έλκεται προς μια μαύρη τρύπα, θερμαίνεται και παράγει έντονη ακτινοβολία σε ένα ευρύ φάσμα, συμπεριλαμβανομένων των ακτίνων Χ και του οπτικού φωτός. Αυτή η ακτινοβολία δημιουργεί πίεση στο υλικό που πέφτει προς τα μέσα.
Όταν ο ρυθμός της ύλης που πέφτει προς τα μέσα φτάσει σε μια κρίσιμη τιμή, η πίεση της ακτινοβολίας εξισορροπεί τη βαρύτητα της μαύρης τρύπας και η ύλη δεν μπορεί κανονικά να πέσει προς τα μέσα πιο γρήγορα. Αυτό το μέγιστο αναφέρεται ως όριο Eddington.
Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι οι μαύρες τρύπες που αναπτύσσονται πιο αργά από το όριο Eddington πρέπει να γεννηθούν με μάζες περίπου 10.000 Ήλιων ή περισσότερο, ώστε να μπορούν να φτάσουν το ένα δισεκατομμύριο ηλιακές μάζες μέσα σε ένα δισεκατομμύριο χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη — όπως έχει παρατηρηθεί στο RACS J0320-35.
Μια μαύρη τρύπα με τόσο υψηλή μάζα γέννησης θα μπορούσε να προκύψει άμεσα από μια εξωτική διαδικασία: την κατάρρευση ενός τεράστιου νέφους πυκνού αερίου που περιέχει ασυνήθιστα χαμηλές ποσότητες στοιχείων βαρύτερων από το ήλιο, συνθήκες που μπορεί να είναι εξαιρετικά σπάνιες.
Εάν η RACS J0320-35 πράγματι αναπτύσσεται με υψηλό ρυθμό – που εκτιμάται σε 2,4 φορές το όριο Eddington – και το κάνει αυτό για ένα παρατεταμένο χρονικό διάστημα, η μαύρη τρύπα της θα μπορούσε να έχει ξεκινήσει με πιο συμβατικό τρόπο, με μάζα μικρότερη από εκατό Ήλιους, που προκλήθηκε από την κατάρρευση ενός τεράστιου άστρου.
«Γνωρίζοντας τη μάζα της μαύρης τρύπας και υπολογίζοντας πόσο γρήγορα αναπτύσσεται, είμαστε σε θέση να εργαστούμε προς τα πίσω για να εκτιμήσουμε πόσο μεγάλη θα μπορούσε να ήταν κατά τη γέννησή της», δήλωσε ο συν-συγγραφέας Alberto Moretti του INAF-Osservatorio Astronomico di Brera στην Ιταλία. «Με αυτόν τον υπολογισμό μπορούμε τώρα να δοκιμάσουμε διαφορετικές ιδέες για το πώς γεννιούνται οι μαύρες τρύπες».
Για να καταλάβουν πόσο γρήγορα αναπτύσσεται αυτή η μαύρη τρύπα (μεταξύ 300 και 3.000 Ήλιων ετησίως), οι ερευνητές συνέκριναν τα θεωρητικά μοντέλα με την υπογραφή ακτίνων Χ, ή φάσμα, από το Chandra, το οποίο δίνει τις ποσότητες ακτίνων Χ σε διαφορετικές ενέργειες. Διαπίστωσαν ότι το φάσμα Chandra ταίριαζε πολύ με αυτό που περίμεναν από μοντέλα μιας μαύρης τρύπας που αναπτύσσεται ταχύτερα από το όριο Eddington. Δεδομένα από το οπτικό και το υπέρυθρο φως υποστηρίζουν επίσης την ερμηνεία ότι αυτή η μαύρη τρύπα συσσωρεύει βάρος γρηγορότερα από ό,τι επιτρέπει το όριο Eddington.
«Πώς δημιούργησε το σύμπαν την πρώτη γενιά μαύρων τρυπών;» δήλωσε ο συν-συγγραφέας Thomas of Connor, επίσης του Κέντρου Αστροφυσικής. «Αυτό παραμένει ένα από τα μεγαλύτερα ερωτήματα στην αστροφυσική και αυτό το ένα αντικείμενο μας βοηθά να βρούμε την απάντηση».
Ένα άλλο επιστημονικό μυστήριο που αντιμετωπίζεται από αυτό το αποτέλεσμα αφορά την αιτία των πίδακων σωματιδίων που απομακρύνονται από ορισμένες μαύρες τρύπες με ταχύτητα κοντά στην ταχύτητα του φωτός, όπως φαίνεται στο RACS J0320-35. Πίδακες σαν κι αυτόν είναι σπάνιοι για τα κβάζαρ, πράγμα που μπορεί να σημαίνει ότι ο ταχύς ρυθμός ανάπτυξης της μαύρης τρύπας συμβάλλει με κάποιο τρόπο στη δημιουργία αυτών των πίδακων.
Το κβάζαρ είχε ανακαλυφθεί προηγουμένως ως μέρος μιας έρευνας ραδιοτηλεσκοπίου χρησιμοποιώντας το Australian Square Kilometer Array Pathfinder, σε συνδυασμό με οπτικά δεδομένα από την Κάμερα Σκοτεινής Ενέργειας, ένα όργανο τοποθετημένο στο τηλεσκόπιο 4 μέτρων Victor M. Blanco στο Διαμερικανικό Αστεροσκοπείο Cerro Tololo στη Χιλή. Το τηλεσκόπιο Gemini-South του Εθνικού Εργαστηρίου Έρευνας Αστρονομίας Οπτικών-Υπερύθρων του Εθνικού Ιδρύματος Επιστημών των ΗΠΑ στο Cerro Pachon της Χιλής χρησιμοποιήθηκε για να ληφθεί η ακριβής απόσταση του RACS J0320-35.
Μια εργασία που περιγράφει αυτά τα αποτελέσματα έχει γίνει δεκτή για δημοσίευση στο The Astrophysical Journal και είναι διαθέσιμη εδώ.
Το Κέντρο Διαστημικών Πτήσεων Marshall της NASA στο Χάντσβιλ της Αλαμπάμα διαχειρίζεται το πρόγραμμα Chandra.
Το Κέντρο Ακτίνων Χ Chandra του Αστροφυσικού Αστεροσκοπείου Smithsonian ελέγχει τις επιστημονικές επιχειρήσεις από το Κέιμπριτζ και τις πτητικές λειτουργίες από το Μπέρλινγκτον της Μασαχουσέτης.
