Rzadko spotykana supermasywna czarna dziura, ukrywająca się u zarania wszechświata, może wskazywać na to, że we wczesnym kosmosie było o tysiące więcej takich potworów, niż naukowcy sądzili — a astronomowie nie są pewni dlaczego.
Pierwotna czarna dziura ma masę około 1 miliarda razy większą od masy naszego Słońca i została znaleziona w centrum galaktyki COS-87259. Starożytna galaktyka uformowała się zaledwie 750 milionów lat po Wielkim Wybuchu i została dostrzeżona przez Atacama Large Millimeter Array (ALMA), obserwatorium radiowe w Chile, w maleńkim skrawku nieba mniejszym niż 10 razy wielkość Księżyca w pełni.
Przesłonięta płaszczem turbulentnego gwiezdnego pyłu, szybko rosnąca czarna dziura została zaobserwowana jak konsumuje część swojego dysku akrecyjnego z materii orbitującej, jednocześnie wyrzucając resztki w strumieniu podróżującym blisko prędkości światła. Potworna czarna dziura wydaje się być na rzadkim pośrednim etapie wzrostu, gdzieś pomiędzy zapyloną, formującą się galaktyką a ogromną, jasno świecącą czarną dziurą zwaną kwazarem.
A kosmiczny behemot może być tylko jedną z tysięcy niewytłumaczalnie dużych czarnych dziur czających się pod pokrywą chmur wczesnego wszechświata, sugerują naukowcy. Swoje odkrycie opublikowali 24 lutego w czasopiśmie Monthly Notices of The Royal Astronomical Society (otwiera się w nowej karcie) .
"Szczerze mówiąc, wyjaśnienie istnienia około 15 bardzo wczesnych świecących kwazarów [z tego samego okresu co COS-87259] było dużym wyzwaniem dla astronomii pozagalaktycznej, biorąc pod uwagę, jak krótki jest czas na wyhodowanie tak masywnej czarnej dziury od Wielkiego Wybuchu" - powiedział Live Science główny autor badania Ryan Endsley (otwiera się w nowej karcie) , astronom z University of Texas, Austin. "Jeśli bardzo wczesne miliardowo-słoneczne czarne dziury są tysiące razy bardziej powszechne niż pierwotnie sądziliśmy (co sugeruje nasze odkrycie, chyba że założysz, że mieliśmy niewiarygodne szczęście) to tylko pogłębia problem dalej".
Supermasywna tajemnica
Czarne dziury powstają w wyniku kolapsu olbrzymich gwiazd i rosną, nieustannie żywiąc się gazem, pyłem, gwiazdami i innymi czarnymi dziurami w zawierających je galaktykach gwiazdotwórczych. Jeśli urosną wystarczająco duże, tarcie powoduje, że materia wpadająca do paszczy czarnych dziur nagrzewa się, a one same przekształcają się w kwazary — zrzucając swoje gazowe kokony z wybuchami światła do biliona razy większymi niż najjaśniejsze gwiazdy.
Ponieważ światło podróżuje ze stałą prędkością przez próżnię kosmiczną, im głębiej naukowcy zaglądają we wszechświat, tym więcej odległego światła przechwytują i tym dalej w przeszłość widzą. Poprzednie symulacje "kosmicznego świtu" — epoki obejmującej pierwsze miliardy lat istnienia wszechświata — sugerowały, że billowing clouds of cold gas may have coalesced into giant stars that were condemed to rapidly collapse, creating black holes. W miarę jak wszechświat się rozrastał, te pierwsze czarne dziury mogły szybko połączyć się z innymi, aby zasiać jeszcze większe supermasywne czarne dziury w całym kosmosie.
Jednak to, w jaki sposób te chaotyczne warunki doprowadziły do powstania tak wielu supermasywnych czarnych dziur, jest tajemnicą, którą pogłębia możliwość, że bestie te mogły być liczone w tysiącach, gdy wszechświat osiągnął zaledwie 5% swojego obecnego wieku. Jedna z prac przeglądowych (otwiera się w nowej karcie) zasugerowała, że duże, jasne kwazary są najłatwiejszymi do wykrycia czarnymi dziurami, więc są one prawdopodobnie tylko "wierzchołkiem góry lodowej" potworów ukrywających się w młodym kosmosie.
Odpowiedź na to pytanie może wskazać na dziurę w naszym rozumieniu formowania się galaktyk we wczesnym wszechświecie. 22 lutego inna grupa astronomów analizująca dane z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba odkryła grupę sześciu gargantuicznych galaktyk — w wieku od 500 do 700 milionów lat po Wielkim Wybuchu — które były tak masywne, że pozostawały w sprzeczności z 99% modeli kosmologicznych.
Możliwe wyjaśnienie może leżeć w ilości i szaleńczej aktywności gęstych obłoków "gwiezdnych wybuchów", w których najwcześniejsze czarne dziury złożyły swój pomiot. Na przykład, w kwietniu 2022 roku, odkrycie innej szybko rosnącej, przejściowej czarnej dziury o nazwie GNz7q w galaktyce gwiezdnej w tym samym wieku co COS-87259 pokazało, że galaktyka ta serwowała świeżo upieczone gwiazdy 1600 razy szybciej niż Droga Mleczna robi to dzisiaj. COS-87259 gotuje się w nieco wolniejszym tempie 1000 razy większym niż obecna Droga Mleczna, jednak jej czarna dziura jest 20 razy bardziej masywna i jasna niż GNz7q.
"Odkrycie zarówno COS-87259 jak i GNz7q w ciągu ostatniego roku było super zaskakujące i naprawdę popycha nas do pytania, jak możemy nadać temu sens z punktu widzenia zrozumienia bardzo wczesnego wzrostu supermasywnych czarnych dziur" - powiedział Endsley.
