Cum se naște o gaură neagră din praful interstelar: Misterul găurilor negre supermasive care au apărut la începuturile universului

Un grup de astronomi care studiază un quasar puternic ce datează de la începuturile universului au ajuns la concluzia că nu este neapărat nevoie ca o stea să moară pentru ca o gaură neagră să se nască. În schimb, cel puțin în perioada imediat următoare Big Bang-ului, cele mai vechi găuri negre din cosmos au apărut direct în urma colapsului norilor uriași de praf interstelar, scrie The New York Times.

În câte feluri poți să părăsești universul? Poate cea mai cunoscută metodă de evadare are de-a face cu moartea unei stele. În 1939, fizicianul J. Robert Oppenheimer și studentul lui, Hartland Snyder, de la Universitatea din California, Berkeley, au prezis că atunci când o stea cu o masă destul de mare rămâne fără combustibil termonuclear, aceasta se prăbușește înspre interior și continuă să colapseze la nesfârșit, consumând spațiul, timpul și lumina din jurul ei și transformându-se în ceea ce astăzi numim o gaură neagră.

Dar, potrivit unui studiu publicat în Astrophysicl Journal Letters de o echipă de cercetători condusă de astronomul Priyamvada Natarajan de la Universitatea Yale, s-ar putea să existe și alte metode prin care s-au format găurile negre.

UHZ-1 este (sau a fost) un quasar foarte puternic care a scuipat foc și raze X dintr-o gaură neagră monstruoasă acum 13,2 miliarde de ani, atunci când universul avea mai puțin de 500 de milioane de ani.

Apariția unei găuri negre atât de masive încă de la începuturile universului pare neobișnuit de timpurie. Astronomii susțin că au descoperit în UHZ-1 o nouă specie de corpuri cerești: o galaxie care conține „semințele” unei găuri negre supermasive (OBG).

Descoperirea acestui quasar precoce i-ar putea ajuta pe astronomi să rezolve un puzzle care i-a chinuit de mai multe decenii.

Aproape fiecare galaxie vizibilă din universul modern pare să găzduiască în centrul ei o gaură neagră supermasivă de milioane de miliarde de ori mai masive decât Soarele nostru. De unde au venit acești monștri? Puteau găurile negre obișnuite să crească atât de mult într-un timp atât de scurt?

Natarajan și colegii ei susțin că UHZ-1, și probabil multe alte găuri negre supermasive, au apărut din nori primordiali. Acești nori au colapsat în așa-numitele „semințe” ce au dat apoi naștere creșterii galaxiilor cu găuri negre supermasive. Ele oferă încă un indiciu care ne amintește că universul vizibil este guvernat de geometria invizibilă a întunericului.

„Ca un prim candidat de OBG, UHZ-1 oferă dovezi convingătoare pentru formarea sâmburilor grei inițiali prin colapsare directă în universul timpuriu”, a scris echipa lui Natarajan. „Natura pare că face semințe de găuri negre în multe feluri, [care merg] dincolo de moartea unei stele!”

Daniel Holz, un teoretician de la Universitatea din Chicago care studiază găurile negre, a spus că „Priya a descoperit o gaură neagră extrem de interesantă, dacă este adevărată. Este pur și simplu prea mare prea devreme. Este că și când te-ai uita într-o clasă de grădiniță și printre toți copiii de 5 ani există unul care are 70 de kilograme și 1.80 înălțime.”

Conform teoriei inițiale pe care astronomii au folosit-o pentru a explica evoluția universului, primele stele s-au format din nori de hidrogen și heliu rămași după momentul Big Bang. Ele au ars puternic și rapid și au explodat, formând găuri negre de 10 până la 100 de ori mai masive decât Soarele.

În miliarde de ani, generații succesive de stele s-au format din cenușa fostelor stele, îmbogățind chimia cosmosului. Iar găurile negre rămase în urmă după moartea stelelor au continuat cumva să se îmbine și să crească, formând găuri negre supermasive aflate în centrul galaxiilor.

De îndată ce Telescopul Spațial James Webb și-a îndreptat oglinda – cea mai mare oglindă lansată în spațiu: are 6,5 metri în diametru – spre cosmos, acesta a surprins galaxii noi atât de masive și luminoase încât au întrecut toate așteptările astronomilor.

Aceste observații ar putea arunca în aer modelul consacrat al cosmosului, care descrie universul ca fiind compus dintr-o urmă de materie vizibilă, cantități uriașe de „materie neagră”, care produce gravitația necesară pentru a susține unitatea galaxiilor și „energia neagră” care îndepărtează galaxiile unele de altele.

Cu ajutorul Observatorului de raze X Chandra al NASA, echipa de astronomi a lui Natarajan au descoperit un quasar alimentat de o gaură neagră supermasivă de cam 40 de milioane de ori mai masivă decât Soarele. Alte observații realizate cu telescopul Webb au confirmat faptul că UHZ-1 se află la 13,2 miliarde de ani lumină distanță, acesta fiind cel mai îndepărtat și vechi quasar descoperit până acum în univers.

Rezultatul arată că găurile negre supermasive existau deja la doar 470 de milioane de ani după Big Bang – găurile negre formate din prima generație de stele nu aveau destul timp să crească atât de mari într-un timp atât de scurt.

Așadar, există și un alt mod prin care găuri negre atât de mari să se nască? Natarajan susține că colapsul norilor de gaz primordial ar fi putut da naștere găurilor negre care au o masă de peste 10.000 de ori mai mare decât cea a Soarelui.

Găurile negre constituie 10% din masa vechiului quasar UHZ-1, în timp ce mai puțin de 1% din masa unei galaxii moderne precum uriașul Messier 87 provine de la gaura neagră din centrul ei ce măsoară 6,5 miliarde de mase solare, potrivit datelor obținute cu ajutorul Telescopului Event Horizon în 2019.

Holz se arată foarte entuziasmat de posibilitatea ca ipoteza formulată de Natarajan să fie adevărată, dar deocamdată acesta se arată „agnostic”. „Va fi o poveste fascinantă indiferent de felul în care vom rezolva misterul marilor găuri negre timpurii.”

Editor : Raul Nețoiu