Lżejsze zalążki czarnych dziur
Zespół z Maynooth University pod kierunkiem Daxala Mehty postanowił przetestować inną hipotezę. Zamiast zakładać, że potrzebne były monstrualne “zarodki”, członkowie zespołu badawczego sprawdzili, co się stanie, jeśli początkiem były skromniejsze czarne dziury, pozostałości po pierwszych gwiazdach. Wyniki ich zaawansowanych symulacji są zaskakujące.
Odkryliśmy, że chaotyczne warunki panujące we wczesnym wszechświecie spowodowały, iż mniejsze czarne dziury przekształciły się bardzo szybko w supermasywne czarne dziury w wyniku gorączkowego pochłaniania materii wokół nich – podkreśla Mehta
Czytaj też: Teleskop Webba rozwikłał zagadkę czerwonych kropek. To nowy typ czarnych dziur
Kluczowa okazała się gęstość i skład młodego wszechświata. W symulacjach zwykłe czarne dziury o masie gwiazdowej potrafiły zwiększyć swoją masę dziesiątki tysięcy razy w czasie, który w kosmicznej skali jest jedynie mrugnięciem oka. To wyjaśniałoby, dlaczego Teleskop Webba widzi tak masywne obiekty tak wcześnie. W stabilnych galaktykach, takich jak nasza, czarne dziury mają wbudowany mechanizm samoregulacji. Gdy pożerają materię zbyt łapczywie, wytwarzane przez nie promieniowanie odrzuca nadmiar gazu, działając jak hamulec. To zjawisko nazywane jest limitem Eddingtona. We wczesnym wszechświecie ten hamulec najwyraźniej zawiódł. Otoczenie było tak gęste, a dostawy gazu tak intensywne i nieregularne, że czarne dziury mogły wpadać w stan niekontrolowanego obżarstwa. Gaz wpadał do nich w krótkich, gwałtownych seriach, a promieniowanie po prostu nie nadążało z jego odpychaniem. Ta faza „superakrecji” trwała średnio około miliona lat.
Pierwotny chaos jako norma
Symulacje ujawniły jeszcze jeden ciekawy fakt. Okazuje się, że we wczesnym wszechświecie mogło być nawet sto razy więcej masywnych czarnych dziur, niż dotąd szacowano. Co więcej, ich końcowa masa nie była ściśle związana z rozmiarem czy masą galaktyki, w której powstały. To ważna wskazówka: sugeruje, iż do rozpoczęcia szalonego wzrostu nie były konieczne specjalne, uprzywilejowane środowiska. Wystarczył sam chaotyczny charakter tamtej epoki. Dokonane odkrycie ma praktyczne konsekwencje, ponieważ pomaga astronomom interpretować coraz to nowsze dane z Teleskopu Webba, oczyszczając obraz wczesnego wszechświata z pozornej niespójności. Może też wskazać, czego szukać w przyszłości.
Czytaj też: Trzydzieści lat sporu w CERN. Ile liczb opisuje wszechświat?
Planowana na 2035 rok misja satelitarna LISA, która będzie wykrywać fale grawitacyjne z przestrzeni kosmicznej, może być kluczowa. Naukowcy spekulują, iż może ona wyłapać charakterystyczne sygnały pochodzące ze zderzeń tych pierwotnych, szybko rosnących czarnych dziur. Pełne wyniki badań, oparte na analizie ogromnej ilości danych, zostały opublikowane w czasopiśmie Nature Astronomy.
Wczesny wszechświat był o wiele bardziej chaotyczny i burzliwy, niż się spodziewaliśmy, a populacja masywnych czarnych dziur jest znacznie większa, niż przewidywaliśmy. Przyszłe obserwacje fal grawitacyjnych mogą pozwolić na wykrycie połączeń tych maleńkich, wczesnych, szybko rosnących czarnych dziur – podsumowuje John Regan z Maynooth University