„Fešta hranjenja“ crnih rupa može objasniti zagonetku JWST-a

Naučnici su predložili novu objašnjenje za misteriojno otkriće teleskopa James Webb — supermasivnih crnih rupa u veoma ranim fazama univerzuma. Tim istraživača sa Maynooth Universityja, predvođen Daxalom Mehtom, koristio je napredne računarske simulacije i zaključio da su turbulentni, gasom bogati uslovi u prvim galaksijama mogli podstaći kratke, ali intenzivne faze akrecije tokom kojih su rane crne rupe brzo dobijale masu.

Šta su otkrili simulacije

Simulacije pokazuju da su male crne rupe nastale nekoliko stotina miliona godina nakon Velikog praska mogle ući u periode super‑Eddington akrecije — faze u kojima stopa rasta privremeno prelazi Klasičnu Eddingtonovu granicu. Tokom takvih „fešti hranjenja“ one su mogle narasti do desetina hiljada Sunčevih masa, što im daje značajnu prednost u daljem spajanju i fuziji koje vode ka supermasivnim veličinama.

Zašto je to važno

Eddingtonova granica opisuje ravnotežu između gravitacione privlačnosti i odbojnog zračenja nastalog akrecijom: prema standardnim modelima, raste brže od te granice je teško. Međutim, autorima novog rada je pošlo za rukom pokazati da u haotičnim uslovima ranog kosmosa privremeno prelaženje te granice nije samo moguće, već i verovatno — i upravo to može objasniti zašto JWST otkriva izuzetno masivne crne rupe već 500 miliona godina nakon Velikog praska, iako je uobičajeno objašnjenje da takav rast zahteva najmanje milijardu godina.

Artist's illustration of a supermassive black hole emitting a jet of energetic particles. | Credit: NASA/JPL-Caltech

Lakša i teža „semena“ crnih rupa

Rezultati su takođe važni za debatu o poreklu supermasivnih crnih rupa: da li su one potekle iz tzv. lakih semena (deset do nekoliko stotina Sunčevih masa) ili iz retkih, egzotičnih teških semena (do ~100.000 Sunčevih masa). Simulacije sugerišu da obična, zvezdana semena mogu u pravim uslovima rasti dovoljno brzo da postanu ozbiljni gradivni blokovi supermasivnih objekata — otežavajući tvrdnju da su teška semena neophodna.

Kako potvrditi hipotezu

Direktan dokaz ove istorije rasta možda neće doći od tradicionalnih teleskopa poput JWST-a, već od posmatranja gravitacionih talasa koje proizvode spajanja relativno malih, ranih crnih rupa. Za to bi ključna mogla biti svemirska misija LISA (Laser Interferometer Space Antenna), planirana za lansiranje 2035. godine — ona bi mogla detektovati signale spajanja koja ovaj scenario predviđa.

"Otkrili smo da haotični uslovi u ranom svemiru podstiču manje, rane crne rupe da brzo porastu u supermasivne objekte kroz periode intenzivnog hranjenja", rekao je Daxal Mehta. "Pokazali smo da prva generacija crnih rupa može rasti spektakularno brzo ako vladaju odgovarajući uslovi."

Rad tima je objavljen 21. januara u časopisu Nature Astronomy.