Nowo odkryta czarna dziura z wczesnego Wszechświata stanowi wyzwanie dla konwencjonalnych modeli astrofizycznych, przekraczając przewidywane tempo wzrostu, jednocześnie wykazując nieoczekiwane wzorce emisji. Obiekt oznaczony jako ID830 to supermasywna czarna dziura (SMBH), która istniała, gdy Wszechświat miał zaledwie 15% swojego obecnego wieku i waży już 440 milionów mas Słońca. Odkrycie to rodzi fundamentalne pytania dotyczące tego, w jaki sposób te kolosalne obiekty powstały tak szybko.
Limit Eddingtona i wzrost super-Eddingtona
Czarne dziury są znane ze swojego żarłocznego apetytu, ale ich wzrost jest teoretycznie ograniczony przez granicę Eddingtona. Ta „granica prędkości” wskazuje, że ciśnienie promieniowania opadającego materiału powinno ostatecznie zatrzymać dalszą akrecję. Jednakże wydaje się, że ID830 pochłania materię 13 razy szybciej niż limit Eddingtona, co uważano za niemożliwe w dłuższych okresach.
Badacze proponują kilka mechanizmów wyjaśniających ten wzrost supereddingtonowski. Jedną z możliwości jest to, że czarna dziura doświadcza krótkich, intensywnych wybuchów mocy, szybko zużywając gaz i pył, zanim wzrośnie ciśnienie promieniowania. Inna sugeruje, że materia jest pochłaniana z równika czarnej dziury, podczas gdy promieniowanie jest wyrzucane z jej biegunów, omijając normalne ograniczenia.
Nieoczekiwane połączenie radia i promieni rentgenowskich
Tym, co czyni ID830 jeszcze dziwniejszym, jest to, że emituje jednocześnie intensywne promieniowanie rentgenowskie i fale radiowe. Obecne modele przewidują, że akrecja super-Eddingtona powinna tłumić emisję radiową. Ta rozbieżność wskazuje, że fizyka leżąca u podstaw ekstremalnej akrecji i powstawania dżetów nie jest w pełni poznana. Uważa się, że korona czarnej dziury – turbulentny obłok cząstek o temperaturze miliarda stopni wirujących z prędkością bliską prędkości światła – generuje promieniowanie rentgenowskie, podczas gdy potężne pola magnetyczne wystrzeliwują dżety radiowe.
Konsekwencje dla powstawania SMBH we wczesnym wszechświecie
Istnienie ID830 potwierdza pogląd, że SMBH rosły we Wszechświecie znacznie szybciej i wcześniej, niż wcześniej sądzono. Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba zidentyfikował już nieoczekiwanie masywne czarne dziury z tej epoki, a zachowanie ID830 pomaga pogodzić te obserwacje z modelami teoretycznymi.
Jedna z wiodących hipotez sugeruje, że gwiazdy pierwszej generacji, znane jako gwiazdy III populacji, zapadły się, tworząc „nasiona” masywnych czarnych dziur o masach przekraczających 1000 mas Słońca. Nawet w przypadku tych nasion osiągnięcie obserwowanych rozmiarów wymagałoby długotrwałego i szybkiego wzrostu. Odkrycie ID830 sugeruje, że te okresy wzrostu supereddingtonowskiego mogą występować częściej niż wcześniej sądzono.
Występowanie ekstremalnych kwazarów
Wstępne dowody sugerują, że kwazary takie jak ID830 – te, które są w stanie przekroczyć granicę Eddingtona i emitują zarówno promieniowanie radiowe, jak i rentgenowskie – mogą być znacznie liczniejsze we wczesnym Wszechświecie, niż przewidywano. W poprzednich modelach szacowano, że tylko 10% kwazarów ma potężne dżety radiowe, ale nowe badanie sugeruje, że takich obiektów energetycznych może być znacznie więcej, co na nowo definiuje nasze rozumienie ewolucji galaktyk.
Wydajność ID830 pokazuje, że wszechświat wciąż kryje w sobie niespodzianki. Jej istnienie zmusza nas do ponownego rozważenia standardowych modeli wzrostu czarnej dziury i wczesnej ewolucji galaktycznej, co sugeruje, że ekstremalne fazy karmienia i odpowietrzania mogły być powszechne w kosmosie w jego początkach.
