Ostatnie badania oferują rozwiązanie długotrwałej kosmicznej tajemnicy: nieoczekiwanie szybkiego powstawania supermasywnych czarnych dziur we wczesnym Wszechświecie. Dane z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST) wykazały, że olbrzymy te istniały zaledwie 500 milionów lat po Wielkim Wybuchu – znacznie wcześniej, niż przewidują obecne modele kosmologiczne. Nowe badanie sugeruje, że te czarne dziury rosły gwałtownie w okresach „akrecji super-Heddingtona”, czyli w istocie kosmicznej uczty.
Problem wczesnych czarnych dziur
Standardowy model powstawania czarnych dziur sugeruje, że rosną one przez miliardy lat w wyniku łączenia się i stopniowej absorpcji materii. Jednakże obserwacje JWST wykazały istnienie supermasywnych czarnych dziur w czasie, gdy Wszechświat miał zaledwie ułamek swojego obecnego wieku, co w tradycyjnej teorii uniemożliwiało określenie czasu ich rozwoju. Ta rozbieżność – istnienie masywnych czarnych dziur na zbyt wczesnym etapie historii kosmosu – wymagała nowego wyjaśnienia.
Rozwiązanie: Akrecja SuperHeddingtona
Naukowcy z Uniwersytetu Maynooth wykorzystali najnowocześniejsze symulacje komputerowe, aby wykazać, w jaki sposób wczesne czarne dziury mogą ominąć normalne ograniczenia wzrostu. Wczesny Wszechświat charakteryzował się chaotycznymi, gęstymi chmurami gazu. W tych warunkach mniejsze czarne dziury mogą na krótko przekroczyć „granicę Eddingtona” – maksymalną szybkość, z jaką czarna dziura może pochłaniać materię bez zatrzymywania przez ciśnienie promieniowania.
„Dzięki najnowocześniejszym symulacjom komputerowym odkryliśmy, że czarne dziury pierwszej generacji… rosły niewiarygodnie szybko, osiągając rozmiary dziesiątki tysięcy razy większe od naszego Słońca”. – Daxal Mehta, Uniwersytet Maynooth.
Ten szybki wzrost, zwany „akrecją supereddingtonowską”, umożliwił wczesnym czarnym dziurom szybkie gromadzenie masy, osiągając rozmiary dziesiątek tysięcy mas Słońca. Chociaż nie były jeszcze supermasywne, dało im to zdecydowaną przewagę w późniejszych połączeniach, które ostatecznie utworzyły gigantów w centrach obserwowanych dziś galaktyk.
Implikacje dla modeli „nasion” czarnej dziury
Wcześniej dominowała hipoteza, że tylko „ciężkie nasiona” – czarne dziury powstałe z już znaczną masą – mogły rosnąć wystarczająco szybko, aby wyjaśnić dane JWST. Nowe badania pokazują, że nawet standardowe gwiazdowe czarne dziury, w odpowiednich warunkach, mogą rosnąć wystarczająco szybko, aby wywołać powstawanie supermasywnych czarnych dziur.
Przyszłość badań
Do potwierdzenia tej teorii potrzebne będą nowe narzędzia obserwacyjne. Detektory fal grawitacyjnych, takie jak nadchodzący laserowy układ interferometryczny (LISA), mogą wykryć łączenie się tych szybko rosnących wczesnych czarnych dziur, dostarczając bezpośrednich dowodów na proponowane święto.
Podsumowując, odkrycie, że wczesne czarne dziury mogą rosnąć w ekstremalnym tempie w chaotycznych warunkach młodego Wszechświata, oferuje przekonujące wyjaśnienie ich nieoczekiwanej obecności. Badania te nie tylko rzucają światło na powstawanie supermasywnych czarnych dziur, ale także podkreślają znaczenie symulacji o wysokiej wierności w odkrywaniu tajemnic wczesnego Wszechświata.
