To najbardziej masywne obiekty we Wszechświecie. Naukowcy wciąż nie są pewni, jak powstały
Ekstremalne zdarzenia, do jakich dochodziło na początku istnienia kosmosu, mogły doprowadzić do powstawania gigantycznych czarnych dziur. Być może formowały się one poprzez zderzenie aż trzech masywnych galaktyk.
W tym artykule:
Jak duże mogą być czarne dziury? Na to pytanie nie ma jeszcze dobrej odpowiedzi. Największe obiekty tego typu – co do istnienia których nie ma żadnych wątpliwości – nazywane są supermasywnymi czarnymi dziurami. Jedna z nich znajduje się w centrum naszej Galaktyki. Supermasywna czarna dziura w środku Drogi Mlecznej, Sagittarius A, ma masę sięgającą czterech milionów mas Słońca.
Wydawałoby się, że to ogromnie dużo. Jednak Sagittariusowi A daleko do innych gigantów. Pierwszy obraz czarnej dziury, który obiegł świat w kwietniu 2019 r., przedstawiał obiekt znajdujący się w galaktyce M87 (inaczej zwanej Panna A). Tamta czarna dziura była cięższa od Słońca 6,5 mld razy.
Czy to najcięższa czarna dziura, której istnienia dowiedziono? Nie. Rekord należy do galaktyki Holm15A odległej od nas o 700 mln lat świetlnych. W jej jądrze znajduje się prawdziwy gigant. To czarna dziura, której masę oszacowano na aż 40 mld mas Słońca.
Czy istnieją ultramasywne czarne dziury?
Czy istnieje górna granica masy, którą mogłyby mieć czarne dziury? Naukowcy podejrzewają, że tak. Postulują także, by utworzyć nowe klasy, w których mieściłyby się czarne dziury znacznie większe od Sagittariusa A. Jedną z proponowanych jest klasa ultramasywnych czarnych dziur.
W pobliżu największego znanego kwazara odkryto dwa niezidentyfikowane obiekty. Czym mogą być?
Badanie promieniowania wysyłanego przez największy znany kwazar we Wszechświecie ujawniło, że obok niego znajdują się dwa potężne źródła promieniowania radiowego. Naukowcy nigdy wcześn...
Pod koniec zeszłego roku w czasopiśmie naukowym „The Astrophysical Journal Letters” ukazała się praca dotycząca pochodzenia ultramasywnych czarnych dziur. Naukowcy zdefiniowali w niej te giganty jako obiekty o masie co najmniej dziesięć miliardów razy większej niż masa Słońca.
Jak mogłoby dojść do uformowania się tak masywnej czarnej dziury? Badacze pod kierunkiem astrofizyczki Yueying Ni zaproponowali ciekawą hipotezę. Według niej ultramasywna czarna dziura mogłaby uformować się w wyniku połączenia się tripletu kwazarów w bardzo młodym Wszechświecie.
Co to są kwazary?
Przez pierwsze kilkaset milionów lat Wszechświat był ciemnym miejscem. Gwiazdy i galaktyki dopiero w nim powstawały, a jeśli nawet jakaś emitowała już światło, często była przesłonięta gęstymi obłokami pyłu. Naukowcy uważają, że w młodym Wszechświecie bardzo szybko utworzyły się kwazary – źródła bardzo silnego promieniowania elektromagnetycznego.
Gdy materia opada na supermasywną czarną dziurę – taką, jakie najczęściej istnieją w środku galaktyk – wyjątkowo jasno świeci. To właśnie jest kwazar. „Kwazary są tak jasne, ponieważ ich czarna dziura jest swego rodzaju silnikiem, który przetwarza wpadające do środka gwiazdy i gaz w promieniowanie świetlne” – wyjaśnia astronom Paul Mudrin w książce „Wszechświat. Biografia”.
Ile istnieje kwazarów? W katalogu stworzonym w 2020 r. dzięki obserwacjom prowadzonym przez sondę Gaia znalazło się 1,6 mln takich obiektów. Jednak tylko dwukrotnie zaobserwowano trio kwazarów: układ składający się z trzech oddziałujących ze sobą aktywnych galaktyk z supermasywnymi czarnymi dziurami w środku.
Symulacja z użyciem superkomputera
Yueying Ni postanowiła zbadać właśnie taki przypadek. W tym celu wykorzystała Astrid – największą symulację komputerową dotyczącą formowania się galaktyk. Dane, które wykorzystuje Astrid, pochodzą z obszaru obejmującego setki milionów lat świetnych. By je przetworzyć, naukowczyni wykorzystała superkomputer Frontera znajdujący się w Texas Advanced Computing Center.
Symulacje wykonane z użyciem Astrid pokazały, że w pewnych okolicznościach mogą powstać ultramasywne czarne dziury o masie znacznie przekraczającej 10 mld mas Słońca. Dotyczy to okresu zwanego kosmicznym świtem. Wtedy powstawało najwięcej nowych gwiazd, a supermasywne czarne dziury były najbardziej aktywne.
Odkryta właśnie struktura galaktyk nazwana „Łukiem Olbrzyma" może zmienić nasze pojęcie o kosmosie
Rozległy łuk galaktyk zdaje się podważać dotychczasową wiedzę o kosmosie
– W tej epoce natrafiliśmy na ekstremalną i bardzo szybką fuzję trzech masywnych galaktyk – mówi Ni. – Masa każdej z galaktyk była dziesięć razy większa niż masa całej Drogi Mlecznej. W środku każdej znajdowała się supermasywna czarna dziura. Według naszych badań taki triplet kwazarów może być prekursorem ultramasywnych czarnych dziur. Powstawałyby w rezultacie oddziaływania grawitacyjnego, a następnie zlania się kwazarów – wyjaśnia naukowczyni.
Badanie najcięższych obiektów we Wszechświecie dopiero się zaczyna. Pomogą w tym dane zbierane przez Teleskop Webba, który pozwala badać najstarsze części Wszechświata. Naukowcy wiążą też duże nadzieje z detektorem fal grawitacyjnych LISA. Urządzenie to w przyszłości pozwoli badać zlewanie się supermasywnych czarnych dziur.
Źródła: phys.org, The Astrophysical Journal Letters.
Nasz ekspert
Magdalena Salik
Dziennikarka naukowa i pisarka, przez wiele lat sekretarz redakcji i zastępczyni redaktora naczelnego magazynu „Focus". Wcześniej redaktorka działu naukowego „Dziennika. Polska, Europa, Świat”. Pasjami czyta i pisze, miłośniczka literatury popularnonaukowej i komputerowych gier RPG. Więcej: magdalenasalik.wordpress.com