Prymitywna, masywna czarna dziura przyłapana na „drzemce” po zjedzeniu zbyt dużej ilości jedzenia

Naukowcy odkryli we wczesnym Wszechświecie ogromną czarną dziurę, która zapada w drzemkę po zjedzeniu zbyt dużej ilości jedzenia.

Jak na przykład niedźwiedź, który się naje łososia przed zapadnięciem w sen zimowy lub bardzo potrzebną drzemkę po świątecznym obiedzie, ta czarna dziura zjadła za dużo do tego stopnia, że Śpiąc w swojej galaktyce gospodyni.

Międzynarodowy zespół astronomów, kierowany przez Uniwersytet w Cambridge, użył Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba NASA/ESA/CSA do wykrycia tej czarnej dziury we wczesnym Wszechświecie 800 milionów lat po lub Wielkim Wybuchu.

Wyniki ich badań zaprezentowano w artykule opublikowanym w czasopiśmie Nature.

Czarna dziura jest ogromna — 400 milionów razy większa od masy naszego Słońca — co sprawia, że ​​jest to możliwe jedna z najmasywniejszych czarnych dziur odkryte przez Webba na tym etapie rozwoju Wszechświata

Czarna dziura jest tak duża, że ​​reprezentuje ok 40% całkowitej masy galaktyki macierzystej: dla porównania, większość czarnych dziur w lokalnym Wszechświecie je posiada około 0,1% masy galaktyki, w której się znajdują.

Jednak pomimo gigantycznych rozmiarów, ta czarna dziura pożeratwój akretargazu, którego potrzebujesz, aby rosnąć w bardzo niskim tempie – około 100 razy poniżej teoretycznego maksymalnego limitu – co sprawia, że ​​jest on zasadniczo uśpiony.

Czarna dziura tak masywna tak wcześnie we Wszechświecie, ale nie rośnie, kwestionuje istniejące modeletego, jak powstają czarne dziury.

Jednak naukowcy twierdzą, że najbardziej prawdopodobnym scenariuszem jest przelot czarnych dziur krótkie okresy ultraszybkiego wzrostupo którym następuje długi okresy uśpienia.

Kiedy czarne dziury „śpią”, są znacznie mniej świecące, co je powoduje trudniejsze do wykrycianawet w przypadku bardzo czułych teleskopów, takich jak Webb.

Czarne dziury nie da się zaobserwować bezpośrednioale są wykrywane przez blask otaczającego go dysku akrecyjnegoktóry tworzy się w pobliżu krawędzi czarnej dziury.

Kiedy czarne dziury aktywnie rosną, gaz w dysku akrecyjnym staje się bardzo gorący i zaczyna świecić i promieniuje energię w zakresie ultrafioletu.

„Chociaż ta czarna dziura jest uśpiona, jej ogromne rozmiary umożliwiły jej wykrycie” – powiedział główny autor Ignas Juojzbalisz Instytutu Kosmologii Kavli w Cambridge. „Jej stan uśpienia pozwolił nam także poznać masę galaktyki macierzystej. Wczesny Wszechświat zdołał wyprodukować kilka absolutnych potworów, nawet w stosunkowo małych galaktykach.”

Według standardowych modeli czarne dziury powstają z upadek martwych gwiazd i gromadzą materię do przewidywanego limitu, zwanego granicą Eddingtona, przy którym ciśnienie promieniowania działające na materię pokonuje przyciąganie grawitacyjne czarnej dziury.

Jednak rozmiar tej czarnej dziury sugeruje, że standardowe modele mogą to zrobić nie wyjaśniając odpowiednio jak te potwory powstają i rosną.

„Czy to możliwe, że czarne dziury”urodzić się dużym’, co mogłoby wyjaśnić, dlaczego Webb odkrył ogromne czarne dziury we wczesnym Wszechświecie” – powiedział współautor, profesor Roberto Maiolinoz Instytutu Kavli i Laboratorium Cavendish w Cambridge. „Ale inną możliwością jest to, że przechodzą okresy nadpobudliwości, po których następują długie okresy uśpienia”.

Współpracując z włoskimi kolegami, badacze z Cambridge przeprowadzili serię symulacji komputerowych, aby modelować, w jaki sposób ta uśpiona czarna dziura mogła urosnąć do tak masywnych rozmiarów na tak wczesnym etapie Wszechświata.

Odkryli, że najbardziej prawdopodobny scenariusz jest taki, że czarne dziury mogą przekroczyć granicę Granica Eddingtona przez krótkie okresy, podczas których rosną bardzo szybko, po których następują długie okresy bezczynności: naukowcy twierdzą, że takie czarne dziury prawdopodobnie żerują przez pięć do dziesięciu milionów lat i spać przez około 100 milionów lat.

„Wyjaśnianie uśpionej czarnej dziury okresami nadpobudliwości wydaje się sprzeczne z intuicją, ale te krótkie wybuchy pozwalają jej szybko rosnąć podczas gdy większość czasu spędzasz śpiąc na szóstym miejscu” – powiedział Maiolino.

Ponieważ okresy uśpienia są znacznie dłuższe niż okresy ultraszybkiego wzrostu, to właśnie w tych okresach astronomowie najprawdopodobniej wykrywają czarne dziury.

„To był pierwszy wynik, jaki uzyskałem w ramach doktoratu i Zajęło mi trochę czasu, zanim zdałem sobie sprawę, jakie to było niezwykłe„, powiedział Juodžbalis. „Dopiero gdy zacząłem rozmawiać z kolegami na temat teoretycznej strony astronomii, mogłem zobaczyć prawdziwe znaczenie tej czarnej dziury”.

Ze względu na niską jasność uśpione czarne dziury są trudniejsze do wykrycia przez astronomów, ale naukowcy twierdzą, że ta czarna dziura to prawie na pewno wierzchołek znacznie większej góry lodowejgdyby czarne dziury we wczesnym Wszechświecie spędzały większość czasu w stanie uśpienia.

„Jest prawdopodobne, że zdecydowanej większości istniejących czarnych dziur jest w stanie uśpienia – jestem zaskoczony, że znaleźliśmy ten, ale cieszę się na myśl o tym możemy znaleźć o wiele więcej„, powiedział Maiolino.