Czarne dziury miliard razy większe niż masa Słońca znajdują się w sercu wielu galaktyk, napędzając ich ewolucję. Choć dziś powszechne, dowody na istnienie supermasywnych czarnych dziur od czasów niemowlęctwa Wszechświata, około miliarda lat po Wielkim Wybuchu, od lat intrygują astronomów.
Jak ci olbrzymi mogli urosnąć w tak krótkim czasie, jaki musieli uformować? Nowe badanie prowadzone przez Tal Alexandra z Weizmann Institute of Science i Priyamvada Natarajn z Yale University może dostarczyć rozwiązania.
Czarne dziury są często mylone z potwornymi stworzeniami, które w ogromnym tempie zasysają pył i gaz. Ale to nie może być dalsze od prawdy (w rzeczywistości słowa „ssać” i „czarna dziura” w tym samym zdaniu wywołują u mnie dreszcze). Chociaż zwykle gromadzą jasne dyski akrecyjne - wirujące dyski gazu i pyłu, które czynią je widocznymi w obserwowalnym Wszechświecie - te dyski faktycznie ograniczają szybkość wzrostu.
Po pierwsze, gdy materia w dysku akrecyjnym zbliża się do czarnej dziury, zdarzają się korki, które spowalniają każdy inny materiał infallingowy. Po drugie, gdy materia zderza się w korkach, nagrzewa się, wytwarzając promieniowanie energii, które faktycznie odsuwa gaz i pył od czarnej dziury.
Gwiazda lub strumień gazu mogą faktycznie znajdować się na stabilnej orbicie wokół czarnej dziury, podobnie jak planeta krążąca wokół gwiazdy. A zatem astronomom wyzwaniem jest wymyślić sposoby, dzięki którym czarna dziura urosłaby do supermasywnych rozmiarów.
Na szczęście Alexander i Natarajan znaleźli sposób, aby to zrobić: umieszczając czarną dziurę w gromadzie tysięcy gwiazd, mogą działać bez ograniczeń dysku akrecyjnego.
Uważa się, że czarne dziury powstają, gdy masywne gwiazdy ważące dziesiątki mas Słońca eksplodują po zużyciu paliwa jądrowego. Bez jądra pieca, którego rdzeń pcha się w kierunku grawitacji, gwiazda zapada się. Podczas gdy warstwy wewnętrzne opadają do wewnątrz, tworząc czarną dziurę o masie około 10 mas Słońca, warstwy zewnętrzne opadają szybciej, uderzając w warstwy wewnętrzne i odbijając się w ogromnej eksplozji supernowej. Przynajmniej taka jest prosta wersja.
Zespół rozpoczął od modelu czarnej dziury, utworzonej z tego gwiezdnego wybuchu, osadzonego w gromadzie tysięcy gwiazd. Ciągły przepływ gęstego, zimnego, nieprzejrzystego gazu wpadł do czarnej dziury. Ale oto sztuczka: przyciąganie grawitacyjne wielu pobliskich gwiazd spowodowało, że przypadkowo zygzakował, zapobiegając tworzeniu się dysku akrecyjnego.
Bez dysku akrecyjnego materia nie tylko może wpaść do czarnej dziury ze wszystkich stron, ale nie jest spowalniana w samym dysku akrecyjnym.
Podsumowując, model sugeruje, że czarna dziura 10 razy większa od masy Słońca może wzrosnąć do ponad 10 miliardów masy Słońca o miliard lat po Wielkim Wybuchu.
Artykuł został opublikowany 7 sierpnia w Science i jest dostępny online.
