Găuri negre cu masa de miliarde de ori cea a Soarelui au fost observate la periferia Universului vizibil. Acestea au devenit enorme în mai puțin de un miliard de ani de la Big Bang.

La ora actuala astronomii nu reusesc sa gaseasca o explicatie convingatoare a mecanismului care le-a generat.

Cu perfectionarea telescoapelor astronomii au reusit sa observe o serie de gauri negre in periferia Universului vizibil care dau de gandit. Acesti monstri au mase de miliarde de ori cea a Soarelui si erau deja prezente in Univers cand acesta acea mai putin de un miliard de ani de la nastere. Se cunosc in prezent mai bine de 100 de astfel de gauri negre, insa o explicatie convingatoare a proceselor care le-au dat nastere nu exista inca.

Se imagineaza ca aceste gauri negre ar fi putut lua nastere in urma exploziei initiale a unei stele supermasive, care ar fi generat o gaura neagra ce ar fi continuat sa creasca unindu-se cu alte gauri negre, sau prin consumul de gaz si praf cosmic.

Totusi, acest scenariu nu este pe deplin convingator, deoarece o gaura neagra are o capacitate de a consuma gaz si praf interstelar limitata. Exista o limita, exprimata de raportul lui Eddington, care masoara cat de multa materie consuma o gaura neagra fata de cea maxima pe care ar putea sa o consume.

Limita este data de faptul ca gazut ce cade intr-o gaura neagra se incalzeste si emisia intensa de fotoni indeparteaza alta materie de catre gaura neagra.

Astronomii au masurat raportul lui Eddington petru 20 de gauri negre supermasive in Universul timpuriu gasind valori la limita, in contrast cu gaurile negre masive care au luat nastere mai tarziu si care consuma materie cu o viteza de circa 10 ori mai mica.

Totusi, chiar daca asa stau lucrurile, gaurile negre respective ar fi avut nevoie, daca ar fi debutat ca o gaura neagra cu masa initiala de 100 de ori cea a Soarelui, de circa 800 de milioane de ani petru a ajunge la mase de miliarde de ori cea a Soarelui.

Un caz extrem este cel al gaurii negre IMS J2204+0112, care avea o masa de un miliard de ori cea a Soarelui cand Universul era de doar 940 de milioane de ani. Ba mai mult, aceasta gaura neagra consuma materie cu o viteza de doar o zecime din cea maxima.

Ceea ce inseamna ca ar fi avut nevoie de 8 miliarde de ani sa ajunga la masa pe care o are!  Rezutatul acestei cercetari au fost prezentate de catre echipa condusa de catre Myungshin Im, de la Seul national university in Corea de Sud intr-un articol publicat recent pe arXiv.org.

Cum este posibil una ca asta?

Au fost facute mai multe ipoteze: printre acestea cea onform careia gaura neagra initiala ar avea o masa mult mai mare decat 100 de ori cea a Soarelui.

Adica formarea initiala a mai multor stele enorme, cu o raza de 100 pana la 1000 de ori mai mare ca a Soarelui, care stele, situate prea aproape una de alta, s-ar putea uni intr-o stea enorma, cu masa de 10.000 de ori cea a Soarelui. Aceasta stea ar colapsa dand nastere unei gauri negre ce ar putea creste consumand gazul interstelar ajungand la o masa de un miliard de ori cea a soarlui in mai putin de 1 miliard de ani de la Big Bang.

Alta posibilitate ar fi ca aceste gauri negre nu respecta limita lui Eddington, consumand mult mai multa materia decat se credea – chiar daca insa nu se stie cum ar fi posibil una ca asta.

Simulari pe calculator au aratat ca gaurile negre care se nasc mici nu ajung niciodata sa creasca pana la dimensiunile monstruoase cu care au fost observate, in timp ce gaurile negre care se nasc deja mari cresc din ce in ce mai repede.

In viitorul apropiat se vor efectua noi studii asupra gaurilor negre din Universul timpriu cu ajutorul telescopului spatial James Webb, care va fi lansat in 2019 si va fi capabil sa detecteze quasari (ce contin gauri negre enorme) generati la 400 – 500 de milioane de ani dupa Big Bang.

 

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