Dodano: 02 lipiec 2019r.

Pochodzenie supermasywnych czarnych dziur we wczesnym Wszechświecie

Czarne dziury wcale nie muszą powstawać z pozostałości po gwiazdach. Astrofizycy znaleźli dowody na bezpośrednie powstawanie czarnych dziur. Odkrycie to wyjaśnia obecność masywnych czarnych dziur na bardzo wczesnym etapie historii naszego Wszechświata.

 

Powszechna koncepcja zakłada, że czarne dziury powstają w procesie zapadania grawitacyjnego masywnych gwiazd. Ale to wyjaśnienie nie pasuje do wszystkich „obserwowanych” czarnych dziur (czarnej dziury nie można bezpośrednio zaobserwować z uwagi na grawitację, która jest tak duża, że nic, nawet światło, nie może opuścić jej obszaru – dlatego o obecności czarnych dziur wnioskuje się na podstawie ich oddziaływania z otaczającą materią oraz promieniowaniem elektromagnetycznym). Niektóre z nich są tak stare, że trudno wyjaśnić ich pochodzenie w ten sposób.

Hipoteza gwiezdnego kolapsu dobrze tłumaczy większość czarnych dziur. W tej hipotezie gwiazda o masie co najmniej pięciokrotnie większej niż nasze Słońce, pod koniec swojego życia zaczyna tracić paliwo. Procesy w jądrze gwiazdy ulegają zmianie i gwiazda zapada się do swojego wnętrza. W ten sposób rodzi się czarna dziura, która może powiększać swoją masę poprzez pochłaniania otaczającej ją materii. Taki proces trwający miliardy lat może doprowadzić do tego, że czarna dziura będzie miała masę milionów, a nawet miliardów mas naszego Słońca. Taki obiekt nazywa się supermasywną czarną dziurą.

 

Problem w tym, że niektóre z supermasywnych czarnych dziur są bardzo stare i nie starczyłoby im czasu, by osiągnąć taką masę. Naukowcy znaleźli setki takich obiektów, które – według nich - uformowały się zaledwie 700 - 800 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Powstały w najwcześniejszych erach Wszechświata i zwyczajnie nie miały czasu, by tak urosnąć. Pytanie, przed którym stoją astrofizycy brzmi: jak te czarne dziury stały się tak duże w tak krótkim czasie?

Z prawdopodobnym wyjaśnieniem przyszli naukowcy z Western University w Ontario w Kanadzie. Ich hipoteza zwana „bezpośrednim zapadnięciem się” wydaje się wyjaśniać obecność niezwykle starych, supermasywnych czarnych dziur. Wyniki swoich badań opublikowali na łamach pisma „The Astrophysical Journal Letters”.

Koncepcja kanadyjskich uczonych wskazuje, że starożytne supermasywne czarne dziury powstały niezwykle szybko i nagle przestały rosnąć. Opracowany przez nich model matematyczny wyjaśnia szybko tworzące się czarne dziury. Według niego, dużą rolę odgrywa tzw. limit Eddingtona, który jest równowagą między zewnętrzną siłą promieniowania gwiazdy a wewnętrzną siłą jej grawitacji. Naukowcy twierdzą, że limit ten reguluje wzrost masy i że te pradawne czarne dziury mogły nawet przekroczyć tę granicę.

Supermasywne czarne dziury miały krótki czas, w którym mogły szybko rosnąć, a następnie, w pewnym momencie, z powodu całego promieniowania we wszechświecie stworzonego przez inne czarne dziury i gwiazdy, ich wzrost zatrzymał się – wyjaśnił Shantanu Basu, jeden ze współautorów publikacji. - To scenariusz bezpośredniego zapadnięcia się - dodał.

Nowa hipoteza stanowi skuteczne wyjaśnienie tego, co przez jakiś czas było drażliwą kwestią w astronomii. Basu wierzy, że te wyniki mogą być wykorzystane w przyszłych obserwacjach, aby wywnioskować historię formowania się masywnych czarnych dziur, które istnieją od bardzo dawna w naszym Wszechświecie.

 

Źródło: Western University, Universe Today, fot. Scott Woods/ Western University