Găurile negre sunt obiecte astronomice remarcabile cu o gravitație atât de puternică încât nimic, nici măcar lumina, nu poate scăpa de ele. Cele mai gigantice dintre acestea, cunoscute sub numele de "găuri negre supermasive", pot cântări de milioane până la miliarde de ori masa Soarelui.
Acești giganți trăiesc de obicei în centrele galaxiilor. Propria noastră galaxie, Calea Lactee, conține și ea o gaură neagră supermasivă în inima sa.
Deci, cum devin aceste găuri negre supermasive atât de mari? O echipă de astrofizicieni a privit înapoi în timp, de-a lungul istoriei de 13,8 miliarde de ani a universului, pentru a urmări cum au crescut găurile negre supermasive de la începuturi până în prezent.
Ei au construit un model al istoriei generale de creștere a găurilor negre supermasive care se întinde pe ultimii 12 miliarde de ani.
Cum cresc găurile negre supermasive?
Găurile negre supermasive cresc în principal în două moduri. Ele pot consuma gaz din galaxiile gazdă într-un proces numit acreție. De asemenea, se pot contopi unele cu altele atunci când două galaxii se ciocnesc.
Când găurile negre supermasive consumă gaz, acestea emit aproape întotdeauna raze X puternice, un tip de lumină de înaltă energie invizibilă cu ochiul liber. Probabil ați auzit de razele X la dentist, unde sunt uneori folosite pentru a examina dinții. Razele X folosite de astronomi au în general energii mai mici decât razele X medicale.
Deci, cum poate orice lumină, chiar și raze X invizibile, să scape din găurile negre? Strict vorbind, lumina nu vine din găurile negre în sine, ci din gazul din afara lor. Când gazul este atras spre o gaură neagră, se încălzește și strălucește pentru a produce lumină. Cu cât o gaură neagră supermasivă consumă mai mult gaz, cu atât va produce mai multe raze X.
Datorită datelor acumulate în peste 20 de ani de la trei dintre cele mai puternice instalații cu raze X lansate vreodată în spațiu - Chandra, XMM-Newton și eROSITA - astronomii pot capta raze X de la un număr mare de găuri negre supermasive în creștere din univers.
Aceste date permit echipei de cercetare să estimeze cât de repede cresc găurile negre supermasive prin consumul de gaz. În medie, o gaură neagră supermasivă poate consuma suficient gaz pentru a se ridica la aproximativ masa Soarelui anual. Valoarea exactă depinde de diverși factori.
De exemplu, datele arată că rata de creștere a unei găuri negre, calculată în medie pe milioane de ani, este puternic legată de masa tuturor stelelor din galaxia sa gazdă.
Cât de des se unesc găurile negre supermasive?
Pe lângă alimentarea cu gaz, găurile negre supermasive pot crește și prin fuzionarea între ele pentru a forma o singură gaură neagră mai masivă atunci când galaxiile se ciocnesc.
Simulările cosmologice pe supercomputer pot prezice cât de des se întâmplă aceste evenimente. Aceste simulări își propun să modeleze modul în care universul crește și evoluează în timp. Nenumăratele galaxii care zboară prin spațiu sunt ca niște cărămizi, construind universul.
Simulări arată că galaxiile și găurile negre supermasive pe care le găzduiesc pot trece prin multiple fuziuni de-a lungul istoriei.
Experții au urmărit aceste două canale de creștere - consumul de gaz și fuziunile - folosind raze X și simulări pe supercomputer. Pe urmă, ei le-au combinat pentru a construi această istorie generală de creștere.
Istoria de creștere a dezvăluit că găurile negre supermasive au crescut mult mai repede cu miliarde de ani în urmă, când universul era mai tânăr.
În vremurile de început, universul conținea mai mult gaz pe care găurile negre supermasive îl puteau consuma. Astfel, găurile negre supermasive continuau să apară. Pe măsură ce universul a îmbătrânit, gazul a fost epuizat treptat, iar creșterea găurilor negre supermasive a încetinit. Cu aproximativ 8 miliarde de ani în urmă, numărul găurilor negre supermasive s-a stabilizat. Nu a crescut substanțial de atunci.
Când nu există suficient gaz disponibil pentru ca găurile negre supermasive să crească prin acreție, singura modalitate pentru ele de a se mări este prin fuziuni. Nu am observat foarte multe cazuri de acest gen în istoria noastră de creștere. În medie, cele mai masive găuri negre pot acumula masă din fuziuni într-un ritm de până la masa Soarelui la fiecare câteva decenii, potrivit Live Science.