Un mister de lungă durată despre găurile negre supermasive timpurii ar putea fi, în sfârșit, rezolvat

În ultimii ani, pe măsură ce am reușit să privim tot mai adânc în Universul timpuriu, astronomii au descoperit ceva ce i-a nedumerit.

Înainte ca Universul să aibă un miliard de ani, găuri negre gigantice de până la peste un miliard de ori mai mari decât masa Soarelui se formaseră deja. Având în vedere ceea ce știm despre formarea și creșterea găurilor negre, prezența și dimensiunea acestor mastodonți este extrem de dificil de explicat. Cum au ajuns acolo, atât de repede după Big Bang? Și cum au ajuns atât de mari?

• Iată cum o simplă cană cu ceai poate deveni un detector de particule!
• Pentru prima dată în istorie, astronomii au fotografiat îndeaproape o stea din afara galaxiei Calea Lactee

Acum, simulările pe supercomputere au dezvăluit o origine care explică modul în care s-au format fără a fi nevoie de condiții exotice: rezervoare rare de gaz rece turbulent care s-au prăbușit în stele mai masive decât orice altceva din Universul actual. Acestea ar fi fost semințele uriașe care au crescut în găuri negre supermasive.

„Găsim găuri negre supermasive în centrele celor mai masive galaxii, care pot avea o masă de milioane sau miliarde de ori mai mare decât cea a Soarelui. Dar în 2003 am început să găsim quasari – găuri negre supermasive foarte luminoase, care creează în mod activ găuri negre supermasive și care sunt ca niște faruri cosmice în Universul timpuriu – care existau la mai puțin de un miliard de ani după Big Bang”, a declarat cosmologul Daniel Whalen de la Universitatea din Portsmouth, Marea Britanie.

Astronomii au descoperit ceva ce i-a nedumerit

„Nimeni nu a înțeles cum s-au format până la o perioadă atât de timpurie. Această descoperire este deosebit de interesantă, deoarece a răsturnat 20 de ani de gândire privind originea primelor găuri negre supermasive din Univers”.

Există două școli principale de gândire cu privire la modul în care se formează găurile negre supermasive. Prima este modelul de jos în sus. O singură stea masivă moare, lăsând în urmă, de obicei, o gaură neagră cu o masă de până la aproximativ 100 de ori mai mare decât cea a Soarelui.

În timp, gaura neagră absoarbe o mulțime de material, devenind din ce în ce mai mare până când ajunge la o masă de milioane sau miliarde de ori mai mare decât cea a Soarelui. Acest lucru este extrem de greu de reconciliat cu quasarii din Universul timpuriu.

Cealaltă variantă este aceea de a începe cu o „sămânță” de gaură neagră, de până la 100.000 de ori masa Soarelui. Stelele care s-au prăbușit pentru a forma aceste găuri negre ar fi avut o viață cosmică foarte, foarte scurtă, poate 250.000 de ani, înainte de a se prăbuși într-o gaură neagră.

Indicii despre originea primelor găuri negre supermasive din Univers

În prezent, nu se cunosc stele de o asemenea masă și nu cunoaștem niciun mecanism de formare care să le producă. Dar simulările au arătat că, în Universul timpuriu, când condițiile erau destul de diferite de cele de astăzi, teoretic, astfel de stele s-ar fi putut forma la intersecția unor fluxuri rare, dar puternice, de gaz dens, turbulent și rece.

Cosmologii au crezut că ar fi fost nevoie de condiții cu adevărat exotice, cum ar fi fundaluri de radiații ultraviolete puternice sau fluxuri supersonice între gaz și materie întunecată. Și niciuna dintre aceste condiții exotice nu seamănă cu mediile în care au fost găsiți acești quasari din Universul timpuriu.

Conduși de astrofizicianul Muhammad Latif este de la Universitatea Emiratelor Arabe Unite, cercetătorii au efectuat simulări ale fluxurilor de gaz și au fost încântați să constate că găurile negre supermasive s-au format la intersecțiile acestor fluxuri în mod spontan, fără a fi nevoie de condiții exotice.

În cadrul simulării, turbulența generată de fluxurile care se intersectează împiedică formarea stelelor normale, precum cele pe care le vedem astăzi.

„Primele găuri negre supermasive, copii ai rețelei cosmice”

De obicei, acest lucru se întâmplă atunci când un nod dens de material dintr-un nor rece se prăbușește sub acțiunea gravitației pentru a forma o stea mică, dar atunci când există prea multă turbulență, condițiile nu sunt suficient de stabile pentru ca acest lucru să se întâmple, scrie Science Alert.

Cu toate acestea, în cele din urmă, norul din simulare a devenit atât de masiv încât s-a prăbușit în mod catastrofal în două stele gigantice, cu o masă de 31.000 și 40.000 de ori mai mare decât cea a Soarelui.

Pe măsură ce gazele din fluxuri continuă să alimenteze norii, o gaură neagră supermasivă de miliarde de ori mai mare decât masa Soarelui se poate forma și crește în doar câteva sute de milioane de ani.

„În consecință, singurii nori primordiali care ar putea forma un quasar imediat după zorii cosmici – când s-au format primele stele din Univers – și-au creat, de asemenea, în mod convenabil, propriile semințe masive”, a concluzionat Whalen.

„Primele găuri negre supermasive au fost pur și simplu o consecință naturală a formării structurilor în cosmologiile reci cu materie întunecată – copii ai rețelei cosmice”.

Cercetarea a fost publicată în revista Nature.

Vă recomandăm să mai citiți și:

O gaură neagră supermasivă se rotește mai încet decât se așteptau astronomii. Care ar putea fi cauza?

O pâlpâire din întuneric dezvăluie indicii despre Sagittarius A*, gaura neagră din centrul galaxiei

Gaura neagră cu cea mai rapidă creștere din ultimii 9 miliarde de ani. Care sunt concluziile cercetătorilor?

Astronomii cred că au găsit prima gaură neagră care plutește liber