Supermasywne czarne dziury łamały prawa fizyki, by osiągnąć monstrualne rozmiary

Najnowsze badania naukowe rzucają nowe światło na jedną z największych zagadek współczesnej astrofizyki. Naukowcy odkryli, że supermasywne czarne dziury, które istniały mniej niż miliard lat po Wielkim Wybuchu, mogły przekraczać fundamentalne prawa fizyki, by osiągnąć swoje ogromne rozmiary. To fascynujące odkrycie może wreszcie wyjaśnić, jak te kosmiczne giganty zdołały wyrosnąć tak szybko w młodym wszechświecie.

Zespół badawczy, kierowany przez Alessię Tortosę z Włoskiego Narodowego Instytutu Astrofizyki (INAF), wykorzystał teleskopy kosmiczne XMM-Newton i Chandra do zbadania 21 najwcześniejszych znanych kwazarów w świetle rentgenowskim. Kwazary te, zasilane przez supermasywne czarne dziury, są tak jasne, że potrafią przyćmić połączone światło wszystkich gwiazd w swoich macierzystych galaktykach.

Kluczem do zrozumienia tego fenomenu jest tak zwana granica Eddingtona - fundamentalne prawo fizyki, które określa maksymalną jasność, jaką może osiągnąć obiekt pochłaniający materię, zanim ciśnienie promieniowania przewyższy grawitację i zatrzyma dalszy dopływ materii. Teoretycznie szybko "ucztująca" czarna dziura powinna generować tak dużo światła ze swojego otoczenia, że odcina własne źródło pożywienia, hamując swój wzrost.

Jednak nowe odkrycia sugerują, że te wczesne supermasywne czarne dziury znalazły sposób na przekroczenie tej granicy, wchodząc w fazę "super-eddingtońskiej akrecji". Naukowcy zauważyli fascynującą zależność między kształtem widma rentgenowskiego emitowanego przez kwazary a prędkością potężnych wiatrów materii, które z nich wypływają z prędkością tysięcy kilometrów na sekundę.

Image

Co szczególnie intrygujące, kwazary o niższej energii promieniowania rentgenowskiego, a więc z chłodniejszym gazem, wydają się mieć szybciej poruszające się wiatry. Natomiast kwazary o wysokiej energii promieniowania X charakteryzują się wolniejszymi wiatrami. Ta korelacja sugeruje istnienie mechanizmu, który pozwala czarnym dziurom na intensywne pochłanianie materii i szybki wzrost, wyjaśniając ich obecność we wczesnym wszechświecie.

Badania te są częścią programu dziedzictwa XMM-Newton i projektu HYPERION, który koncentruje się na badaniu hiperjasnych kwazarów z kosmicznego świtu wszechświata. Jak podkreśla Luca Zappacosta z INAF, zespół skupił się na starannym wyborze najbardziej masywnych kwazarów i dogłębnym zbadaniu ich właściwości w promieniowaniu rentgenowskim, czego nigdy wcześniej nie próbowano na tak wielu obiektach z wczesnego wszechświata.