O gaură neagră „înfometată” se hrănește de 40 de ori mai rapid decât limita teoretică

O gaură neagră „înfometată” din Universul timpuriu este cea mai „pofticioasă” de acest fel observată vreodată.

Această gaură neagră „înfometată” se află în centrul unei galaxii numite LID-568, pe care o vedem așa cum arăta la doar 1,5 miliarde de ani după Big Bang, consumând materie într-un ritm uimitor, de peste 40 de ori mai mare decât limita teoretică, cunoscută sub numele de limita Eddington. Nu s-a mai întâlnit așa ceva până acum, o descoperire ce ar putea ajuta la dezlegarea unuia dintre cele mai mari mistere ale Universului timpuriu: cum reușesc găurile negre supermasive să devină atât de imense într-un timp atât de scurt după Big Bang.

„Această gaură neagră este la un adevărat festin. Acest caz extrem arată că un mecanism de hrănire rapidă peste limita Eddington ar putea fi o explicație pentru existența acestor găuri negre masive atât de devreme în Univers”, spune astronomul Julia Scharwächter, de la Observatorul Gemini și NOIRLab al NSF.

Ce este limita Eddington?

Limita Eddington este o consecință naturală a procesului de hrănire a găurii negre. Atunci când o gaură neagră acumulează cantități mari de materie, aceasta nu cade direct în gaura gravitațională, ci se învârte mai întâi în jur, precum apa care se scurge într-un canal, iar doar materia de la marginea discului interior trece în gaură. Fricțiunea intensă și gravitația încălzesc acest disc de materie la temperaturi extreme, făcându-l să strălucească puternic. Însă lumina exercită o formă de presiune.

Un singur foton nu ar avea un efect prea mare, dar strălucirea unui disc de acreție al unei găuri negre supermasive este cu totul altceva. La un moment dat, presiunea radiației exterioare egalează atracția gravitațională interioară a găurii negre, împiedicând materia să se apropie mai mult, aceasta este limita Eddington. Însă depășirea acestei limite este posibilă în cadrul unui proces numit acreție super-Eddington, în care gaura neagră „devorează” cât de multă masă poate înainte ca presiunea radiației să preia controlul. Aceasta este una dintre teoriile prin care astronomii cred că găurile negre supermasive din zorii timpului ar fi putut dobândi mase imense, explică Science Alert.

O echipă de cercetători condusă de astronomul Hyewon Suh, de la Observatorul Gemini și NOIRLab al NSF, a utilizat Telescopul Spațial James Webb (JWST) pentru a efectua observații detaliate ale unor galaxii identificate anterior de Observatorul Chandra, fiind strălucitoare în raze X, dar slabe în alte lungimi de undă.

O gaură neagră „înfometată” se hrănește la de 40 de ori limita Eddington

Când a ajuns la LID-568, echipa a avut dificultăți în a-i determina distanța, dat fiind că galaxia era foarte slabă și greu de observat. Dar folosind spectrograful NIRSpec al lui JWST, echipa a reușit să îi determine poziția exactă. Distanța mare a galaxiei este surprinzătoare, iar faptul că este atât de slabă din punctul nostru de vedere înseamnă că trebuie să fie extrem de luminoasă în mod intrinsec. Observațiile detaliate au arătat fluxuri puternice de materie dinspre gaura neagră, un semn al acreției, întrucât o parte din materie este deviată și expulzată în spațiu.

Analizele atente au relevat că această gaură neagră „înfometată” este relativ mică pentru o gaură neagră supermasivă, având doar de 7,2 milioane de ori masa Soarelui. Cantitatea de lumină produsă de materia din discul de acreție era însă mult mai mare decât ar putea produce o gaură neagră de această masă, sugerând o rată de acreție aproximativ de 40 de ori peste limita Eddington.

În aceste condiții, perioada de acreție super-Eddington ar trebui să fie foarte scurtă, ceea ce înseamnă că Suh și echipa ei au fost extrem de norocoși să o surprindă în acțiune. Este de așteptat ca LID-568 să devină o țintă populară pentru astronomii care studiază găurile negre, oferind o privire rară asupra proceselor super-Eddington.

Această gaură neagră „înfometată” ne ajută să înțelegem Universul timpuriu

Această gaură neagră ar putea contribui la înțelegerea Universului timpuriu. Există dovezi care sugerează că primele găuri negre supermasive nu s-au format prin colapsul stelelor, așa cum se credea anterior, ci din colapsul direct al unor stele uriașe și al unor roiuri mari de gaz sub acțiunea gravitației, ceea ce le-ar fi oferit un avans în a deveni giganții pe care îi vedem astăzi. Exploziile de acreție super-Eddington ar putea fi o altă piesă a acestui puzzle.

„Descoperirea unei găuri negre care acumulează materie super-Eddington sugerează că o parte semnificativă a creșterii masei poate avea loc într-o singură perioadă de hrănire rapidă, indiferent dacă gaura neagră a avut o origine ușoară sau grea”, spune Suh.

Cercetările au fost publicate în revista Nature Astronomy.

Vă recomandăm să citiți și:

NASA a contribuit cu o sumă astronomică la economia Statelor Unite în anul fiscal 2023

Acordurile Artemis ale NASA pregătesc terenul pentru cooperarea spațială globală

Un satelit NASA a inspectat un nor ciudat care se formează mereu în același loc

Megastructurile încetinesc rotația Pământului. Cum ne afectează acest lucru?