Według artykułu opublikowanego w Astrophysical Journal, astronomowie odkryli trzy supermasywne czarne dziury we wczesnym wszechświecie, które stały się miliard razy cięższe od Słońca w ciągu zaledwie stu tysięcy lat, co jest niemożliwe z punktu widzenia współczesnych teorii astronomicznych.
„Żaden obecny model teoretyczny nie jest w stanie wyjaśnić istnienia tych obiektów. Ich odkrycie we wczesnym Wszechświecie poddaje w wątpliwość obecne teorie powstawania czarnych dziur, a teraz musimy stworzyć nowe modele, aby wyjaśnić, w jaki sposób powstają galaktyki i czarne dziury”- mówi Joseph Hennawi z University of California w Santa Barbara (USA).
Uważa się, że w centrach najbardziej masywnych galaktyk znajdują się supermasywne czarne dziury, których masa może wynosić od miliona do miliardów mas Słońca. Przyczyny powstania tych obiektów nie są jeszcze do końca jasne. Naukowcy początkowo sądzili, że takie obiekty powstały w taki sam sposób, jak ich normalni „kuzyni” - w wyniku grawitacyjnego zapadania się gwiazd i późniejszego połączenia kilku dużych czarnych dziur.
Obserwacje pierwszych galaktyk we Wszechświecie sprawiły, że astrofizycy w to wątpili - okazało się, że zamieszkiwały je czarne dziury o masie dziesiątek miliardów Słońc. Takie obiekty, jak pokazują obliczenia, po prostu nie miałyby czasu urosnąć do takich rozmiarów, gdyby urodziły się małe. Dlatego niektórzy naukowcy zaczęli wierzyć, że supermasywne czarne dziury powstają w bardziej egzotycznych scenariuszach - w wyniku zapadnięcia się gigantycznych chmur „czystego” atomowego wodoru lub z powodu skupisk ciemnej materii.
Hennawi i jego koledzy znaleźli dalsze dowody na to, że czarne dziury we wczesnym Wszechświecie rosły zbyt szybko, zaburzając wszelkie poglądy na temat ich ewolucji. Naukowcy odkryli jednocześnie sześć supermasywnych czarnych dziur, które widzimy w stanie, w którym znajdowały się zaledwie 850 milionów lat po Wielkim Wybuchu.
Pierwsze galaktyki Wszechświata właśnie zaczęły się formować w tym czasie i, jak wcześniej sądzili naukowcy, czarne dziury w ich centrach nie mogły mieć masy „wagi ciężkiej”, która nie jest gorsza od współczesnych kwazarów. Trzy czarne dziury znalezione przez zespół Henawi za pomocą teleskopu Keck-II na Hawajach zaprzeczają temu pomysłowi - są około miliarda razy cięższe od Słońca, które jest tysiące razy większe od masy czarnej dziury Sgr A * w centrum Drogi Mlecznej.
Zgodnie ze współczesnymi wyobrażeniami o ewolucji galaktyk, czarna dziura może uzyskać taką masę, absorbując materię mniej więcej taką samą, jaką istnieje we wszechświecie, co było niemożliwe dla kwazarów urodzonych w pierwszym miliardie lat jej życia. Nawet gdyby „jedli” stale i nieustannie pochłaniając gaz i pył, ich wzrost byłby opóźniony o setki milionów lat, co jest możliwe, ale mało prawdopodobne.
Autorzy artykułu postanowili znaleźć odpowiedź na to pytanie, posługując się prostym wzorem z życia takich obiektów. Kiedy czarne dziury „jedzą”, wyrzucają do otaczającej przestrzeni strumienie, wąskie wiązki superogrzanej materii, które przemieszczają się z prędkością bliską prędkości światła. Te dżety ogrzewają przestrzeń międzygalaktyczną i jonizują ją, czyniąc ją bardziej „przezroczystą” dla światła. W związku z tym im bardziej przezroczyste jest otoczenie galaktyki, tym dłużej trwa „obiad” czarnej dziury w jej centrum.
Film promocyjny:
Ku zaskoczeniu astronomów, okolice wszystkich trzech galaktyk - CFHQS J2229 + 1457, SDSS J1335 + 3533 i SDSS J0100 + 2802 - były nieoczekiwanie nieprzejrzyste, co wskazuje, że czarne dziury w ich centrach aktywnie absorbowały materię od nie więcej niż 100 tysięcy lat. Tak duże „apetyty” czarnych dziur nie mieszczą się w żadnej teoretycznej strukturze, a ich odkrycie, jak wskazują naukowcy, przemawia za alternatywnymi teoriami powstawania i wzrostu kwazarów.
„Chcielibyśmy znaleźć inne podobne obiekty. Ich odkrycie było dla nas wielkim sukcesem, a odkrycie innych czarnych dziur we wczesnym Wszechświecie wskaże, że wiele kwazarów może być znacznie młodszych, niż myśleliśmy wcześniej”- podsumowuje Christina Eilers, koleżanka z uniwersytetu w Hennawi.