Najstarsza odkryta kiedykolwiek czarna dziura (13 miliardów lat) odkrywa tajemnice początków wszechświata

Niedawne odkrycie najstarszej znanej dotychczas czarnej dziury przez Jamesa Webba pokazuje zdumiewającą masę jak na tamte czasy, co rodzi pytania dotyczące teorii wzrostu czarnej dziury. Kosmiczny obiekt, znaleziony w galaktyce GN-z11 wkrótce po Wielkim Wybuchu, wskazuje na szybsze niż oczekiwano procesy formacyjne.

Obserwacja ta sięga ponad 13 miliardów lat – okresu bliskiego narodzin Wszechświata – i ujawniła pierwotną czarną dziurę o zdumiewającej masie jak na czarną dziurę w tym wieku, co rodzi pytania o mechanizmy, które umożliwiły tak szybki wzrost. To odkrycie jest szczegółowo opisane na platformie arXivOtwiera nowy rozdział w badaniu czarnych dziur.

Gigant od początku?

Masę supermasywnej czarnej dziury szacuje się na około milion mas Słońca. Masa ta jest szczególnie uderzająca, biorąc pod uwagę wiek czarnej dziury, który sięga zaledwie 440 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Biorąc pod uwagę, że jest to czarna dziura, którą nadal uważa się za znajdującą się w „młodej” fazie, rodzi to fundamentalne pytania dotyczące mechanizmów wzrostu czarnej dziury we wczesnym wszechświecie.

Roberto Maiolino, astrofizyk z Uniwersytetu w Cambridge i kierownik tego badania, wyraził swoje zdziwienie tym odkryciem w artykule w czasopiśmie opiekun. Nazywa się ją „czarną dziurą”. Bardzo duży „I blok”
nieoczekiwany », podkreślając niezwykły aspekt tej obserwacji.

Ze względu na naturę czarnych dziur, z których nie ucieka żadna forma promieniowania, w tym światła, uzyskanie bezpośredniego obrazu tych obiektów jest niemożliwe. Naukowcom udało się jednak odkryć wskazówki, które ujawniły istnienie obiektu. Zauważyli charakterystyczne oznaki dysku akrecyjnego, struktury składającej się z gazu i pyłu, która szybko krąży wokół czarnej dziury. Ten dysk akrecyjny jest kluczowym elementem w badaniu tych obiektów, ponieważ dostarcza cennych informacji na temat ich właściwości, takich jak masa i prędkość obrotowa. Odkrycie tych sygnatur pozwoliło badaczom potwierdzić istnienie czarnej dziury i przeanalizować jej wyjątkowe właściwości.

Głęboka kosmiczna tajemnica

Badanie wskazuje, że czarne dziury w swoim kosmicznym „dzieciństwie” albo były już duże, gdy powstawały, albo znajdowały się w fazie bardzo szybkiego wzrostu. Pomysł ten jest sprzeczny z tradycyjnym założeniem, że czarne dziury rosną stopniowo, akreując materię przez długie okresy czasu.

Andrew Pontzen, kosmolog z University College London, uważa, że ​​wyniki wskazują, że niektóre czarne dziury mogły rosnąć w znacznie szybszym tempie, niż wcześniej sądzono, zwłaszcza w ciągu pierwszego miliarda lat po Wielkim Wybuchu. To przyspieszenie wzrostu czarnych dziur w młodym wszechświecie podważa istniejące modele i otwiera drogę nowym teoriom.

Aby wyjaśnić ten szybki wzrost, wysunięto kilka hipotez. Jednym z takich scenariuszy jest scenariusz „Ciężkich nasion”. Według tej teorii pierwsze czarne dziury nie powstały w wyniku zapadnięcia się umierających gwiazd, ale w wyniku bezpośredniego zapadnięcia się ogromnych obłoków gazu. W tym przypadku czarne dziury powstałyby z naprawdę dużą masą początkową, co mogłoby wyjaśniać ich wyjątkową masę we wczesnym wszechświecie.

Inna hipoteza przewiduje szybkie łączenie się gromad gwiazd i czarnych dziur we wczesnym wszechświecie. To przyspieszone łączenie się wielu łączących się obiektów może prowadzić do szybkiego powstawania dużych czarnych dziur. Pomysł ten sugeruje dynamiczny i chaotyczny wczesny Wszechświat, w którym takie połączenia były częstsze, co ułatwiało szybki rozwój czarnych dziur.

Ponownie rozważ aktywa

Astronomowie uważają, że wczesne czarne dziury mogą pomóc w rozwiązaniu zagadki tego, jak ich gigantyczne odpowiedniki w centrach galaktyk takich jak Droga Mleczna urosły do ​​masy miliardów mas Słońca.

Zobacz też

Odkrycie tej starożytnej czarnej dziury w galaktyce GN-z11 stwarza zatem możliwość zasadniczej rewizji naszego rozumienia chronologii i mechaniki wczesnego Wszechświata. Tradycyjnie zakłada się, że najpierw powstają galaktyki, a następnie w nich rosną czarne dziury. Jednak ta obserwacja sugeruje interesującą alternatywę: możliwe jest, że pierwotne czarne dziury istniały od najwcześniejszych chwil istnienia Wszechświata i od początku były integralną częścią jego struktury.

Jeśli czarne dziury istniały na początku, jak powstały? Jaką rolę odgrywają w rozmieszczeniu materii i tworzeniu wielkoskalowych struktur we wszechświecie? Pytania te sugerują, że czarne dziury mogą być czymś więcej niż tylko zjawiskiem grawitacyjnym; Mogą to być podstawowe składniki, które ukształtowały wszechświat, jaki znamy.

Ponadto odkrycie to może mieć konsekwencje dla naszego rozumienia fizyki podstawowej, zwłaszcza w odniesieniu do ogólnej teorii względności Einsteina i grawitacji kwantowej. Czarne dziury, jako zjawiska ekstremalne, wystawiają na próbę granice naszego zrozumienia fizycznego, a obecność tak masywnych obiektów we wczesnym Wszechświecie może dostarczyć kluczowych wskazówek na temat natury grawitacji i czasoprzestrzeni w ekstremalnych warunkach.

źródło : arXiv