Jednym z największych wyzwań współczesnej kosmologii jest zrozumienie, jak supermasywne czarne dziury (SMBH) mogły urosnąć do swoich gigantycznych rozmiarów zaledwie kilkaset milionów lat po Wielkim Wybuchu. To właśnie tak wcześnie — od 570 do 700 milionów lat po narodzinach wszechświata — Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba zaobserwował potężne czarne dziury o masach miliony, a nawet miliardy razy większych od masy Słońca.
Wspieraj Puls Kosmosu na Patronite.pl
Obecne modele ich powstawania — zakładające stopniowy wzrost przez akrecję materii z otoczenia lub łączenie się mniejszych czarnych dziur — nie są w stanie wyjaśnić aż tak szybkiego tempa ich rozwoju. Właśnie tutaj pojawia się alternatywna hipoteza: pierwotne czarne dziury.
Zgodnie z nowym badaniem międzynarodowego zespołu naukowców, czarne dziury, które mogły powstać w pierwszych sekundach po Wielkim Wybuchu — tzw. pierwotne czarne dziury — mogą być brakującym ogniwem w tej układance. Zamiast tworzyć się w wyniku zapadania się gwiazd, jak ma to miejsce w przypadku „zwykłych” czarnych dziur, pierwotne obiekty mogły narodzić się bezpośrednio z ekstremalnie gęstych obszarów wczesnego wszechświata. Oznaczałoby to, że mogły zacząć akumulować masę znacznie wcześniej niż ich astrofizyczne odpowiedniki.
Symulacje przeprowadzone w ramach badania pokazują, że takie czarne dziury mogły rosnąć błyskawicznie, pochłaniając ogromne ilości wodoru i helu — pierwiastków powszechnych we wczesnym kosmosie. W modelach uwzględniono również możliwość łączenia się czarnych dziur, jednak to akrecja, czyli „pożeranie” materii z otoczenia, odgrywała dominującą rolę w ich wzroście.
W przeciwieństwie do czarnych dziur powstających z eksplodujących gwiazd, pierwotne obiekty nie wytwarzają fal uderzeniowych ani energii, które mogłyby rozproszyć otaczający gaz. Dzięki temu mogą w spokoju przyciągać i pochłaniać materię, zwłaszcza w gęstych regionach, takich jak centra nowo formujących się galaktyk. To właśnie tam mogłyby powstawać zalążki supermasywnych czarnych dziur.
Co więcej, jeśli pierwotnych czarnych dziur było wystarczająco dużo, część z nich mogła opaść w kierunku centrów galaktycznych i dać początek tym kolosalnym obiektom, które dziś obserwujemy w głębokim kosmosie. Choć naukowcy nie zakładają, że wszystkie supermasywne czarne dziury mają taki rodowód, pierwotne zalążki mogłyby odpowiadać za znaczną część najwcześniejszej populacji.
Problem w tym, że pierwotne czarne dziury pozostają hipotetyczne — dotąd nie znaleziono jednoznacznych dowodów na ich istnienie. Jednak istnieją sposoby, by je wykryć. Na przykład, odnalezienie czarnej dziury o masie mniejszej niż trzy masy Słońca byłoby mocnym dowodem, ponieważ żadna znana gwiazda nie jest w stanie wytworzyć tak małego obiektu. Inny trop to odkrycie ekstremalnie masywnej czarnej dziury jeszcze wcześniejszej niż te, które znamy — czyli sprzed mniej niż 500 milionów lat po Wielkim Wybuchu.
Autorzy badania zaznaczają, że to dopiero początek. Kolejne symulacje mają objąć zarówno pierwotne, jak i astrofizyczne czarne dziury, by lepiej zrozumieć ich współistnienie i wzajemne oddziaływania w dynamicznym środowisku wczesnego wszechświata.
Choć to wciąż teoria, wyniki dają fascynującą możliwość: że najpotężniejsze czarne dziury, jakie dziś znamy, mogły zacząć swoje życie nie jako pozostałości po umierających gwiazdach, ale jako niemal natychmiastowe produkty Wielkiego Wybuchu — ukryte w najciemniejszych zakątkach kosmosu, rosnące w ciszy od zarania dziejów.
Źródło: arXiv