Astronomowie odkryli najstarszą czarną dziurę, jaką kiedykolwiek zaobserwowano, datowaną na ponad 13 miliardów lat, przed początkami Wszechświata.
Obserwacje Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST) ujawniają jego obecność w sercu galaktyki 440 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Ma masę około miliona razy większą od Słońca, co jest zaskakująco duże jak na małą czarną dziurę, co rodzi pytanie, w jaki sposób może ona rosnąć tak szybko.
„Zaskakujące jest to, że jest tak masywny” – powiedział profesor Roberto Maiolino, astrofizyk z Uniwersytetu w Cambridge, który kierował obserwacjami. „To była najbardziej nieoczekiwana rzecz”.
notatki, Został opublikowany na stronie preprintów Arxiv, nie rób bezpośredniego zdjęcia, jest ono niewidoczne, ponieważ żadne światło nie może umknąć jego uściskowi. Ale astronomowie odkryli wyraźne oznaki dysku akrecyjnego – halo gazu i pyłu, które szybko wiruje wokół kosmicznego strumienia.
Astronomowie uważają, że starsze czarne dziury mogą pomóc w rozwiązaniu zagadki tego, jak ich gigantyczne odpowiedniki w centrach galaktyk takich jak Droga Mleczna rosną do miliardów razy masywniejszych niż Słońce. Do niedawna zakładano, że po prostu rozrastały się przez około 14 miliardów lat, stale rosnąc w wyniku fuzji i pożerania gwiazd i innych obiektów. Jednak ten scenariusz kuli śnieżnej nie jest w stanie w pełni wyjaśnić imponujących rozmiarów współczesnych supermasywnych czarnych dziur.
Najnowsze obserwacje galaktyki, zwanej GN-z11, cofają początki tej tajemnicy do początków czarnych dziur i sugerują, że albo narodziły się one jako duże, albo bardzo szybko nadmuchały.
Profesor Andrew Pontzen, kosmolog z University College London, który nie był zaangażowany w badania, powiedział: „Zrozumienie, skąd pochodzą czarne dziury, zawsze było tajemnicą, ale teraz wydaje się, że tajemnica ta się pogłębia”. „Wyniki te, wykorzystujące moc Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba do cofnięcia się w czasie, sugerują, że niektóre czarne dziury rosły w ogromnym tempie w młodym wszechświecie, znacznie szybciej, niż się spodziewaliśmy”.
Jedno z wyjaśnień, znane jako scenariusz ciężkich nasion, jest takie, że wczesna generacja czarnych dziur narodziła się w wyniku bezpośredniego zapadnięcia się masywnych obłoków gazu, a nie z płonących gwiazd, które pod koniec swojego życia zapadły się pod wpływem własnej grawitacji. Inną możliwością jest to, że zwarte gromady gwiazd i czarnych dziur połączyły się bardzo szybko we wczesnym wszechświecie.
Trzecia, bardziej spekulacyjna hipoteza zakłada istnienie tak zwanych pierwotnych czarnych dziur, które powstały podczas kosmicznej inflacji, czyli okresu szybszej od światła ekspansji Wszechświata, który nastąpił ułamek sekundy po Wielkim Wybuchu.
To wywróciłoby rzekomy porządek gry, w którym najpierw pojawiają się galaktyki, a następnie zaczynają w nich rosnąć czarne dziury. Pierwotne czarne dziury zostaną skutecznie wplecione w tkankę wszechświata od samego początku.
„Jeśli to prawda, będzie to miało głębokie konsekwencje dla milisekundy otwarcia naszego wszechświata” – powiedział Pontzen. „Tak czy inaczej, historia łączenia się czarnych dziur i galaktyk jest interesująca i dopiero zaczynamy ją składać w całość.”
Wyniki te są najnowszymi z serii niesamowitych odkryć dokonanych przez obserwatorium kosmiczne NASA zaledwie dwa lata po jego wystrzeleniu. Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba jest około 100 razy bardziej czuły niż poprzednie teleskopy, takie jak Hubble, w wykrywaniu światła podczerwonego – części widma wykorzystywanej do oglądania odległych obiektów. „Jest to w zasadzie równoznaczne z modernizacją teleskopu Galileo do nowoczesnego teleskopu. To 400 lat odkryć, które potencjalnie można skompresować w okresie operacji JWST” – powiedział Maiolino.
Powiedział, że przed wystrzeleniem teleskopu istniała możliwość, że otworzy on nowe okno na „nudne rozszerzenie tego, co wiemy”. „Nie coś takiego obserwujemy” – powiedział Maiolino. „Wszechświat był niezwykle hojny. Znaleźliśmy rzeczy, których się nie spodziewaliśmy”.
Co to jest czarna dziura?
Czarne dziury to jedne z najdziwniejszych i najniebezpieczniejszych obiektów we wszechświecie. Mają tak intensywną grawitację, że ani materia, ani światło nie mogą uciec z ich uścisku. Próg czarnej dziury jest śledzony przez horyzont zdarzeń, czyli punkt bez powrotu. Wszystko, co przekroczy tę granicę, zniknie na zawsze.
Trudno je badać, ponieważ w zasadzie są niewidoczne, ale zastosowanie praw fizyki oferuje ciekawe spostrzeżenia. Kiedy zbliżamy się do czarnej dziury, gradient grawitacji może być tak ekstremalny, że obiekty mogą rozszerzać się w procesie zwanym spaghetti. Na horyzoncie zdarzeń grawitacja jest tak intensywna, że światło załamuje się w idealnym pierścieniu wokół czarnej dziury, co oznacza, że gdybyś tam stał, widziałbyś tył swojej głowy.
Nie wiadomo, co kryje się za horyzontem zdarzeń. Ogólna teoria względności Einsteina sugeruje, że gęstość w centrum czarnej dziury stanie się nieskończona, co doprowadzi do osobliwości grawitacyjnej. To rozdarcie czasoprzestrzeni nie miałoby „gdzie” ani „kiedy” i wykraczałoby poza zakres konwencjonalnych praw fizyki. Nie jest jednak jasne, czy takie osobliwości rzeczywiście istnieją.
Czarne dziury mają różne rozmiary. Gwiezdne czarne dziury, które powstają z pozostałości masywnych gwiazd, mogą być nawet 20 razy masywniejsze od naszego Słońca. Supermasywne czarne dziury, takie jak Sagittarius A* w centrum Drogi Mlecznej, mogą mieć masy odpowiadające milionom lub miliardom słońc i odgrywają kluczową rolę w ewolucji galaktyki.
Astronomowie poczynili znaczne postępy w obserwacjach czarnych dziur w ciągu ostatniej dekady, dzięki pierwszemu obrazowi korony uchwyconemu przez teleskop Event Horizon w 2019 r. oraz obserwacjom katastrofalnych łączenia się czarnych dziur poprzez wykrywanie fal grawitacyjnych rozchodzących się w czasoprzestrzeni. . Niedawne obserwacje i jeszcze bardziej odległe cele Jamesa Webba zaczną układać w całość pochodzenie tych tajemniczych obiektów.
