Η πιο πεινασμένη γνωστή μαύρη τρύπα στο πρώιμο σύμπαν βρέθηκε, χάρη στην ομαδική εργασία μεταξύ του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb (JWST) της NASA και του Παρατηρητηρίου ακτίνων Χ Chandra.
Η αδηφάγα όρεξη της μαύρης τρύπας, που της επέτρεψε να συσσωρευτεί σε περισσότερες από επτά εκατομμύρια ηλιακές μάζες σε μόλις 12 εκατομμύρια χρόνια, υπερβαίνει τον θεωρητικό μέγιστο ρυθμό ανάπτυξης και εξηγεί πώς οι μαύρες τρύπες θα μπορούσαν να γίνουν τόσο μαζικές τόσο γρήγορα στο πρώιμο σύμπαν.
Τι καθιστά τη συγκεκριμένη μαύρη τρύπα τόσο «ιδιαίτερη»;
«Αυτή η μαύρη τρύπα έχει μια γιορτή», είπε σε μια δήλωση η συν-συγγραφέας της μελέτης Julia Scharwächter, του Διεθνούς Παρατηρητηρίου Διδύμων.
Το πρώιμο πρόβλημα της μάζας της μαύρης τρύπας έχει ενοχλήσει τους αστρονόμους εδώ και χρόνια. Το JWST και το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble πριν από αυτό, έχουν ανακαλύψει γαλαξίες που περιέχουν μαύρες τρύπες με εκατοντάδες εκατομμύρια και μερικές φορές ακόμη και δισεκατομμύρια, ηλιακές μάζες στο πρώιμο σύμπαν.
Ωστόσο, το πώς αυτές οι μαύρες τρύπες σχηματίστηκαν και μεγάλωσαν τόσο γρήγορα, παρέμεινε ανεξήγητο. Τώρα, χάρη στο JWST και το Chandra , είδαμε μία από αυτές τις μαύρες τρύπες να αυξάνει.
Η μαύρη τρύπα – που καταλογίστηκε ως LID-568 και την οποία βλέπουμε ότι υπήρχε μόλις 1,5 δισεκατομμύριο χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη – εντοπίστηκε για πρώτη φορά σε μια έρευνα Chandra σε φωτεινά αντικείμενα που εκπέμπουν ακτίνες Χ στο μακρινό σύμπαν.
Οι ακτίνες Χ είναι ένα υποπροϊόν του αερίου που έλκεται βαρυτικά σε μια μαύρη τρύπα και όταν αυτό το αέριο δεν μπορεί να καταποθεί αμέσως, μαζεύεται σε έναν δίσκο που θερμαίνεται αρκετά ώστε να εκπέμπει ακτίνες Χ. Όσο πιο γρήγορος είναι ο ρυθμός προσαύξησης, τόσο μεγαλύτερη είναι η ενέργεια των ακτίνων Χ.
Ποια όρια ξεπερνάει;
Ωστόσο, υποτίθεται ότι υπάρχει ένα θεωρητικό όριο στην ποσότητα που μπορεί να καταναλώσει μια μαύρη τρύπα ανά πάσα στιγμή. Ονομάζεται όριο Eddington, από το όνομα του Βρετανού αστροφυσικού Sir Arthur Eddington και περιγράφει μια ισορροπία μεταξύ του ρυθμού εισόδου ύλης σε μια μαύρη τρύπα και της ποσότητας ακτινοβολίας (συμπεριλαμβανομένων των ακτίνων Χ) που παράγεται από την πρόσπτωση που στη συνέχεια σπρώχνει προς τα πίσω τη συσσώρευση ύλη.
Αυτήν τη διαδικασία ονομάζουμε ανάδραση και πάνω από ένα ορισμένο ποσοστό προσαύξησης, η ανάδραση αυξάνεται τόσο πολύ που κλείνει την προσαύξηση.
Αυτό είναι το όριο του Eddington.Όταν οι αστρονόμοι υπό την ηγεσία του Hyewon Suh του Διεθνούς Παρατηρητηρίου Διδύμων παρακολούθησαν το LID-568 με το όργανο φασματογράφου ολοκληρωμένου πεδίου του JWST, μέτρησαν τις εκροές από τη μαύρη τρύπα με ταχύτητα 500 έως 600 χιλιόμετρα (310 έως 370 μίλια) ανά δευτερόλεπτο.
Σε συνδυασμό με τις ακτίνες Χ να είναι πολύ φωτεινότερες από ό,τι θα περιμέναμε για μια αυξανόμενη μαύρη τρύπα τόσο σχετικά νωρίς στην κοσμική ιστορία, αυτό το επίπεδο ανάδρασης υπολογίζεται ότι είναι 40 φορές μεγαλύτερο από το όριο του Eddington.
Άρα αυτή η μαύρη τρύπα παραβιάζει τους νόμους της φυσικής;
Όχι απαραίτητα. Αυτή η προσαύξηση «super-Eddington» μπορεί να διατηρηθεί για ένα μικρό χρονικό διάστημα προτού η ανατροφοδότηση εκτινάξει την τροφή της μαύρης τρύπας και πράγματι η προσαύξηση super-Eddington έχει παρατηρηθεί στο παρελθόν και μάλιστα είχε προταθεί ως μηχανισμός με τον οποίο οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες έγιναν τόσο μαζικές τόσο γρήγορα. Το LID-568 είναι, ωστόσο, το καλύτερο και πιο σαφές παράδειγμα που έχει βρεθεί.
«Αυτή η ακραία περίπτωση δείχνει ότι ένας μηχανισμός ταχείας τροφοδοσίας πάνω από το όριο του Eddington είναι μια από τις πιθανές εξηγήσεις για το γιατί βλέπουμε αυτές τις πολύ βαριές μαύρες τρύπες τόσο νωρίς στο σύμπαν», δήλωσε ο Scharwächter.
Η μοντελοποίηση από την ομάδα των Suh και Scharwächter διαπίστωσε ότι η LID-568 πιθανότατα ξεκίνησε ως μια «ελαφριά» μαύρη τρύπα 100 ηλιακών μαζών και ξεκίνησε αυτό το επεισόδιο προσαύξησης 12 εκατομμύρια χρόνια νωρίτερα, ενώ βρισκόταν στο κέντρο ενός γιγαντιαίου μοριακού νέφους αερίου που η μαύρη τρύπα καταναλώνει στο σύνολό της.
«Η ανακάλυψη μιας τέτοιου είδους μαύρης τρύπας υποδηλώνει ότι ένα σημαντικό μέρος της ανάπτυξης μάζας μπορεί να συμβεί κατά τη διάρκεια ενός επεισοδίου ταχείας τροφοδοσίας, ανεξάρτητα από το αν η μαύρη τρύπα προήλθε από ελαφρύ ή βαρύ σπόρο», είπε ο Suh.
Αυτή η γρήγορη έκρηξη προσαύξησης δε θα συνεχιστεί για πάντα. το όριο Eddington θα επικρατήσει τελικά. Επί του παρόντος, το αντικείμενο LID-568 έχει μάζα 7,2 εκατομμυρίων φορές τη μάζα του Ήλιου, σε σύγκριση με την ηλιακή μάζα των 4,1 εκατομμυρίων του Τοξότη Α* , που είναι η μαύρη τρύπα στο κέντρο του γαλαξία μας του Γαλαξία μας.
Η νέα μελέτη δημοσιεύθηκε διαδικτυακά τη Δευτέρα (4 Νοεμβρίου) στο περιοδικό Nature Astronomy.