Otkrivena crna rupa koja raste 13 puta brže od kosmičke „granice brzine“

Drevni brzojedući kvazar krši pravila o tome kako crne rupe konzumiraju materiju i stvaraju mlazove koji oblikuju galaksije.

Iznenađujuće proždrljiva crna rupa iz ranog univerzuma krši dva velika pravila. Ne samo da premašuje "granicu brzine" za rast crnih rupa, već i generiše ekstremne emisije iks-zraka i radio-talasa — dve odlike koje nisu predviđene da koegzistiraju.

Preporučujemo

Kvazar ID830 je izuzetno sjajna i aktivna supermasivna crna rupa (SMBH) koja sa svojih polova izbacuje ogromne mlazove zračenja. Takođe emituje intenzivne iks-zrake, generisane upadajućim materijalom koji se vrti oko njenih mračnih usta skoro brzinom svetlosti.

ID830 je izuzetno masivna. Već je imala 440 miliona solarnih masa pre oko 12 milijardi godina, kad je svemir bio na otprilike 15% svoje trenutne starosti. To je čini preko 100 puta masivnijom od Strelca A*, SMBH u srcu naše galaksije, Mlečnog puta.

Kako je ovo kršenje pravila uopšte moguće? Međunarodni tim istraživača je posmatrao ID830 u više talasnih dužina kako bi pronašao odgovor.

Čak i crne rupe imaju granice

Crne rupe su najproždrljivije u univerzumu, ali čak i čudovišta imaju granicu u jelu. Dok privlače gas i prašinu, ovaj materijal se akumulira u vrtložni akrecioni disk. Gravitacija vuče materijal iz diska u crnu rupu, ali upadajući materijal generiše pritisak zračenja koji gura napore i sprečava da još više stvari upadne. Kao rezultat, crne rupe su sputane procesom samoregulacije koji se naziva Edingtonova granica.

Ipak, crne rupe mogu privremeno zaobići ovu granicu i doživeti vrlo brz rast na super-Edingtonovoj granici. Istraživači predlažu više mehanizama za ovu kosmičku proždrljivost. Na primer, trebalo bi da bude savršeno moguće da crna rupa konzumira materiju brže od Edingtonove granice tokom kratkog perioda pre nego što se pritisak zračenja nakupi da ograniči stopu akrecije, kaže Entoni Tejlor, astronom sa Teksaskog univerziteta u Ostinu.

Alternativno, crna rupa može konzumirati materiju iz diska oko svog ekvatora dok pritisak zračenja izbacuje materijal sa njenih polova. U ovoj situaciji pritisak zračenja se ne bi direktno suprotstavljao dotoku materije, omogućavajući prekoračenje Edingtonove granice. Postoje različite geometrije po kojima bi ovo moglo da funkcioniše, rekao je Tejlor.

Super-Edingtonova mehanika može pomoći da se modeli rasta SMBH pomire sa sve većim katalogom opservacija ranog svemira. Putem svoje izuzetne infracrvene osetljivosti, svemirski teleskop Džejms Veb otkriva da su SMBH rasle iznenađujuće brzo i iznenađujuće rano, protiv svih očekivanja.

Dakle, kako su SMBH postale tako velike, tako brzo? Neki naučnici sugerišu da su zvezde populacije III, prve i najveće zvezde u kosmičkoj istoriji, doživele kolaps i proizvele „semena“ crnih rupa od 1.000 ili više solarnih masa.

Međutim, čak i ova ogromna semena bi trebalo da se hrane na Edingtonovoj granici duže od 650 miliona godina da bi dostigla neke od svojih osmotrenih veličina. To se može činiti neizvodljivim iz nekoliko razloga, uključujući enormne količine gasa potrebne za tako dugotrajno proždiranje.

Supernapajanje crne rupe

Istraživači su izračunali brzinu rasta ID830 mereći njen sjaj u ultraljubičastoj i rendgenskoj talasnoj dužini. Njen rendgenski sjaj sugeriše da ID830 akumulira masu oko 13 puta brže od Edingtonove granice, zbog iznenadnog naleta ulaznog gasa koji se mogao dogoditi kad je ID830 rasturila i progutala neko nebesko telo koje je prišlo previše blizu.

„Za SMBH masivnu kao ID830, to bi zahtevalo ne normalnu zvezdu ( glavnog niza), već masivniju džinovsku zvezdu ili ogroman oblak gasa", kažu autori studije sa Univerziteta Vaseda u Tokiju. Takve super-Edingtonove faze mogu biti neverovatno kratke, pošto se očekuje da ova tranziciona faza traje otprilike 300 godina.

ID830 takođe istovremeno pokazuje radio i rendgenske emisije. Nije očekivano da ove dve odlike koegzistiraju, posebno zato što se smatra da super-Edingtonova akrecija suzbija takve emisije. „Ova neočekivana kombinacija ukazuje na fizičke mehanizme koji još nisu potpuno obuhvaćeni trenutnim modelima ekstremne akrecije i izbacivanja mlazova“, kažu istraživači.

Dakle, dok ID830 lansira masivne radio mlazove, čini se da njene rendgenske emisije potiču iz strukture zvane korona, proizvedene kad intenzivna magnetna polja iz akrecionog diska stvaraju tanak, ali turbulentan oblak turbočestica od milijardu stepeni. Ove čestice kruže oko crne rupe skoro brzinom svetlosti, u „jednom od najekstremnijih fizičkih okruženja u univerzumu“, kako kaže NASA.

Okvir za evoluciju ranih galaksija

Sve u svemu, ponašanja ID830 koja krše pravila sugerišu da se nalazi u retkoj prelaznoj fazi prekomerne konzumacije — i izlučivanja. Ovaj neverovatni nalet jedenja pojačao je i mlazove i koronu, čineći da ID830 jarko sija u više talasnih dužina dok izbacuje višak zračenja.

Osim toga, na osnovu analize ultraljubičastog sjaja, kvazari poput ID830 mogu biti neočekivano uobičajeni, kažu istraživači. Modeli predviđaju da samo oko 10% kvazara ima spektakularne radio mlazove, ali ovi energični objekti bi mogli biti znatno brojniji u ranom svemiru nego što se mislilo.

Najvažnije, ID830 takođe pokazuje kako SMBH mogu regulisati rast galaksija u ranom svemiru. Dok crna rupa proždire materiju na super-Edingtonovoj granici, energija iz njenih rezultirajućih emisija može zagrejati i raspršiti materiju kroz međuzvezdani medijum — gas između zvezda — obuzdavajući formiranje zvezda. Kao rezultat toga, drevne SMBH poput ID830 su možda postale masivne na račun svojih galaksija domaćina.

Ako su super-Edingtonove crne rupe češće nego što smo mislili, to verovatno znači da još uvek postoje neke velike praznine u našem razumevanju kako su objekti u ranom svemiru oblikovani. Ovo otkriće doprinosi sve većoj gomili dokaza od svemirskog teleskopa Džejms Veb koji pokazuju zvezde, galaksije i crne rupe u drevnom unirverzumu mnogo većim i razvijenijim nego što teorija kaže da bi trebalo.

(Telegraf Nauka/Live Science)