Cum să creezi o gaură neagră din aer subțire

Câte moduri există de a părăsi acest univers?

Poate cel mai faimos regizor presupune moartea unei vedete. În 1939, fizicianul J. Robert Oppenheimer și studentul său Harlan Snyder, de la Universitatea din California, Berkeley, au descoperit că atunci când o stea suficient de masivă rămâne fără combustibil termonuclear, se prăbușește în interior și continuă să se prăbușească pentru totdeauna, micșorând spațiul, timpul și spațiul. Lumina se transformă în ceea ce astăzi se numește o gaură neagră.

Dar se dovedește că s-ar putea să nu fie nevoie de o stea moartă pentru a forma o gaură neagră. În schimb, cel puțin în universul timpuriu, norii giganți de gaz primordial s-ar fi prăbușit direct în găuri negre, ocolind milioanele lor de ani de celebritate.

Aceasta este concluzia tentativă la care a ajuns recent un grup de astronomi care studiază UHZ-1, o fărâmă de lumină care datează de la puțin timp după Big Bang. De fapt, UHZ-1 este (sau a fost) un quasar puternic care a tras foc și raze X dintr-o gaură neagră supermasivă acum 13,2 miliarde de ani, când universul nu avea nici măcar 500 de milioane de ani.

În termeni cosmologici, acest lucru este neobișnuit de aproape, deoarece o gaură neagră supermasivă ar putea apărea prin prăbușiri și fuziuni stelelor. Priyamvada Natarajan, astronom la Universitatea Yale și autorul principal al Lucrare publicată în revista Astrophysical LettersEa și colegii ei confirmă că au descoperit în UHZ-1 un nou tip ceresc, pe care îl numesc o galaxie supermasivă găuri negre, sau OBG. În centrul său, OBG este o galaxie tânără ancorată de o gaură neagră care a devenit foarte mare, foarte repede. .

Descoperirea acestui quasar timpuriu i-ar putea ajuta pe astronomi să rezolve un mister asociat care i-a nedumerit de zeci de ani. Aproape fiecare galaxie vizibilă din universul modern pare să conțină în centrul său o gaură neagră supermasivă de milioane de miliarde de ori masa Soarelui. De unde au venit acei monștri? Este posibil ca găurile negre obișnuite să crească atât de repede?

Dr. Natarajan și colegii ei sugerează că UHZ-1 și, probabil, multe găuri negre supermasive, au început ca nori primordiali. Este posibil ca acești nori să se fi prăbușit în granule care erau prematur grele, suficient pentru a iniția creșterea galaxiilor masive de găuri negre. Este un alt memento că universul pe care îl vedem este guvernat de o geometrie invizibilă a întunericului.

„Fiind primul candidat OBG, UHZ-1 oferă dovezi convingătoare pentru formarea de proto-semințe grele din colapsul direct în Universul timpuriu”, au scris Dr. Natarajan și colegii ei. „Se pare că natura creează semințe de BH în multe feluri”, a adăugat ea într-un e-mail, „dincolo de moartea stelelor!”

„Bria a găsit o gaură neagră foarte interesantă, dacă este adevărat”, a spus Daniel Holz, un teoretician la Universitatea din Chicago, care studiază găurile negre.

El a adăugat: „Este pur și simplu prea mare și prea devreme. Este ca și cum ai privi într-o clasă de grădiniță, iar printre toți copiii de 5 ani există unul care are 150 de lire sterline și/sau 6 picioare înălțime.

Potrivit poveștii, astronomii continuă să spună despre evoluția universului, primele stele s-au condensat din norii de hidrogen și heliu rămași de la Big Bang. Au ars fierbinte și rapid, explodând rapid și prăbușindu-se pentru a forma găuri negre de 10 până la 100 de ori masa Soarelui.

De-a lungul eonilor, din cenușa stelelor anterioare s-au format generații succesive de stele, îmbogățind chimia universului. Găurile negre rămase de la moartea lor au continuat să fuzioneze și să crească într-un fel, formând găuri negre supermasive în centrele galaxiilor.

Telescopul spațial James Webb, lansat în urmă cu doi ani de Crăciun, a fost conceput pentru a testa această idee. Are cea mai mare oglindă din spațiu, măsurând 21 de picioare în diametru. Cel mai important, a fost conceput pentru a înregistra lungimile de undă în infraroșu emise de lumina celor mai îndepărtate și, prin urmare, cele mai vechi stele din univers.

Dar odată ce noul telescop a fost îndreptat spre cer, a putut vedea noi galaxii atât de masive și luminoase încât au sfidat așteptările cosmologilor. În ultimii doi ani s-au răspândit argumente asupra faptului dacă aceste observații amenință de fapt un model de lungă durată al universului. Modelul descrie universul ca fiind format dintr-o urmă de materie vizibilă, cantități uimitoare de „materie întunecată”, care asigură gravitația pentru a lega galaxiile între ele și „energie întunecată”, care împinge aceste galaxii în afară.

Descoperirea UHZ-1 reprezintă un punct de inflexiune în aceste discuții. Pentru a se pregăti pentru observațiile viitoare cu telescopul spațial James Webb a unui grup masiv de galaxii din constelația Sculptor, echipa Dr. Natarajan a cerut timp la Observatorul de raze X Chandra al NASA. Masa clusterului acționează ca o lentilă gravitațională, mărind obiectele din spatele lui în spațiu și timp. Cercetătorii sperau să obțină o imagine cu raze X a ceea ce lentila ar putea vedea.

Ceea ce au găsit a fost un quasar alimentat de o gaură neagră supermasivă de aproximativ 40 de milioane de ori masa Soarelui. Observații ulterioare ale telescopului Webb au confirmat că se afla la 13,2 miliarde de ani lumină distanță. (Clusterul Sculptor este situat la aproximativ 3,5 miliarde de ani lumină distanță.) A fost cel mai îndepărtat și mai vechi quasar descoperit vreodată în univers.

„Aveam nevoie de Webb pentru a găsi această galaxie remarcabil de îndepărtată și de Chandra pentru a-și găsi gaura neagră supermasivă”, a spus Akos Bogdan de la Centrul Harvard-Smithsonian pentru Astrofizică într-un comunicat de presă. „Am profitat și de o lupă cosmică care a sporit cantitatea de lumină pe care am detectat-o.”

Rezultatele indică faptul că găurile negre supermasive au existat la 470 de milioane de ani după Big Bang. Nu este timp suficient pentru a permite găurilor negre create de prima generație de stele – cu o masă cuprinsă între 10 și 100 de mase solare – să crească atât de mari.

A existat o altă modalitate de a se forma găuri negre mai mari? În 2017, dr. Natarajan a sugerat că prăbușirea norilor de gaz primordial ar putea da naștere unor găuri negre de 10.000 de ori mai masive decât Soarele.

„Atunci vă puteți imagina că unul dintre ei va crește mai târziu pentru a forma această mică gaură neagră mare, timpurie”, a spus dr. Holz. Drept urmare, el a remarcat: „În fiecare moment ulterior din istoria universului, vor exista întotdeauna niște găuri negre surprinzător de mari”.

„Faptul că aceste obiecte încep în vieți hipermasive înseamnă că este posibil să evolueze în cele din urmă în găuri negre supermasive”, a spus dr. Natarajan. Dar nimeni nu știe cum funcționează. Găurile negre reprezintă 10% din masa quasarului timpuriu UHZ-1, în timp ce ele reprezintă mai puțin de o miime din masa galaxiilor moderne, cum ar fi galaxia gigantică Messier 87, a cărei gaură neagră are o masă de 6,5 mase. Un miliard de mase solare când imaginea sa a fost luată de Telescopul Event Horizon în 2019.

Acest lucru sugerează că efectele feedback-urilor complexe ale mediului domină creșterea și evoluția acestor galaxii și a găurilor lor negre, determinându-le să acumuleze mai multă masă în stele și gaze.

„De fapt, aceste OBG foarte timpurii transmit și iluminează mai multe informații despre fizica semințelor, mai degrabă decât creșterea și dezvoltarea ulterioară”, a spus dr. Natarajan. „Deși are implicații importante”, a adăugat ea.

„Ar fi cu siguranță grozav dacă s-ar dovedi a fi ceea ce se întâmplă, dar nu știu cu adevărat”, a spus dr. Holz. „Va fi o poveste fascinantă, indiferent de modul în care este rezolvat misterul găurilor negre mari timpurii”, a adăugat el.