Existența găurilor negre cu mase care variază între cele mai mici și cele mai mari de miliarde de ori, rămâne încă un mister.

Recent, în urma observațiilor astronomice, dar și a unor noi simulări pe calculator, s-au făcut progrese în explicarea modului în care găurile negre cresc, până la mase de multe miliarde de ori cea a Soarelui.

În Univers au fost descoperite găuri negre care au mase, și deci si dimensiuni, foarte diferite: de la cele cu mase de zeci de ori a Soarelui până la cele care „cântăresc” de mai mult de zece miliarde de ori cât Soarele. Cum au reușit să crească asemenea monștri?

Noi studii arată cum găurile negre au evoluat și crescut în mod diferit în funcție de cât de repede au luat naștere în istoria Universului dupa Big Bang. Rezutaltele studiului efectuat de Fabio Pacucci și Abraham Leob de la Center for Astrophysics (Harvard, Cambrige) și Black Hole Initiative, au fost recent publicate într-un articol în revista The Astrophysical Journal.

Să vedem deci despre ce este vorba. Găurile negre cu mase enorme, cele de zeci de miliarde de ori masa Soarelui, se găsesc de obicei la distanțe față de noi de miliarde de ani lumină – pana la 13 miliarde ani-lumină, ceea ce înseamnă că au luat naștere la relativ puțin timp dupa Big Bang, care a avut loc acum circa 13.8 miliarde de ani.

Găurile negre de acest gen ar fi putut lua naștere prin devorarea de materie, dar și din unirea mai multor găuri negre, masa acestora transformându-se aproape în întregime în masa noii găuri negre care rezulta dupa unirea celor două inițiale.

O parte din masă se trasformă în unde gravitaționale și se speră că din ce în ce mai multe unde gravitaționale vor fi descoperite cu antenele gravitațonale LISA si VIRGO. Simulările efectuate de cei doi cercetători arată cum că găurile negre îndepărtate, cu mase mari, ar fi putut lua naștere nu în urma morții stelelor cu mase mai mari ca cea a Soarelui, ci din colapsul gravitațional direct al unui nor de gaz cu masa de circa 100.000 ori cea a Soarelui.

Deci imediat dupa Big Bang ar fi putut lua naștere galaxii foarte mari, cu cantități de gaz importante în centru, care ar fi colapsat direct în găuri negre foarte mari. În plus, simulările arată și cum că acest tip de găuri negre enorme s-ar fi putut forma inclusiv prin ciocniri și uniri de galaxii – găurile negre din centrul acestora dând naștere unor găuri negre de miliarde de ori mai grele decât Soarele.

Găuri negre mai mici, dar și mai apropiate de noi, au mase de câteva zeci de ori cea a Soarelui. Acestea pot crește atât prin unirea a două găuri negre mai mici, cât și prin „înghițirea” de materie precum praful interstelar sau chiar și a stelelor care ajug prea aproape de o gaură neagră fiind absorbite de aceasta.

În acest caz atracția gravitațională exercitată de gaura neagră duce la ionizarea și accelerarea intensă a materiei, dând naștere la câmpuri electromagnetice intense și deci la emisia de radiație, inclusiv raze X (adica fotoni cu energia de mii de ori mai mare ca cea a luminii vizibile).

Această radiație emisă deci de materia care cade în interiorul găurilor nerge, apropiate sau îndepărtate (precum quasarii, care emit o radiație extrem de intensă) poate fi măsurata de telescopele noastre.

Există deci diverse mecanisme care duc la creșterea găurilor negre: unirea mai multor găuri negre mai mici în găuri negre mari sau consumarea materiei. Primul proces poate fi studiat cu antenele de unde gravitaționale, în timp ce al doilea cu instrumente care măsoara radiația electromagnetică emisă.

Misterioasele găuri negre, în interiorul cărora încă nu știm ce se întâmplă, pot fi deci studiate prin diverse metode și poate studiul acestora și al modului în care iau naștere și evoluează ne va ajuta să ne apropiem de dezlegarea misterului ce le învăluie.

Articol scris de Cătălina Oana Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi colaborator al Scientia.ro