NASA propune o nouă perspectivă asupra procesului de formare a găurilor negre. Ipoteza prezentată se bazează pe evaluarea, de către o echipă de astronomi, a unor rezultate și date din cercetarea științifică Webb în curs de desfășurare, care nu au trecut încă prin procesul de evaluare inter pares.
Pe măsură ce datele de la Telescopul Spațial James Webb al NASA devin publice, cercetătorii caută în arhivele sale ciudățenii cosmice neobservate. În timp ce examinau imagini din studiul COSMOS-Web, doi cercetători, Pieter van Dokkum de la Universitatea Yale și Gabriel Brammer de la Universitatea din Copenhaga, au descoperit un obiect neobișnuit pe care l-au denumit Galaxia Infinitului.
Această galaxie are o formă extrem de neobișnuită, forma a două nuclee roșii foarte compacte, fiecare înconjurat de un inel, dându-i forma simbolului infinitului. Echipa crede că s-a format prin coliziunea frontală a două galaxii disc. Observațiile ulterioare au arătat că Galaxia Infinitului găzduiește o gaură neagră supermasivă activă. Ceea ce este extrem de neobișnuit este faptul că gaura neagră se află între cele două nuclee, într-o vastă întindere de gaz. Ipoteza formulată de echipa de cercetători propune ca gaura neagră să se fi format acolo prin colapsul direct al unui nor de gaz – un proces care ar putea explica unele dintre găurile negre incredibil de masive pe care Webb le-a găsit în universul timpuriu.
Pieter van Dokkum, autorul principal al unei lucrări care descrie descoperirea lor inițială și cercetător principal al observațiilor ulterioare ale lui Webb, explică de ce acest obiect ar putea fi cea mai bună dovadă de până acum pentru o modalitate nouă de formare a găurilor negre.
Pieter van Dokkum este profesor de astronomie și fizică la Universitatea Yale. Este autorul principal al unei lucrări despre Galaxia Infinitului, acceptată spre publicare de The Astrophysical Journal Letters, și cercetător principal al programului discreționar 9327 al directorului Webb.
„Totul este neobișnuit la această galaxie. Nu numai că arată foarte ciudat, dar are și această gaură neagră supermasivă care atrage multă materie. Cea mai mare surpriză dintre toate a fost că gaura neagră nu era situată în interiorul niciunuia dintre cele două nuclee, ci în mijloc. Ne-am întrebat: Cum putem înțelege acest lucru?
Găsirea unei găuri negre care nu se află în nucleul unei galaxii masive este în sine neobișnuită, dar ceea ce este și mai neobișnuit este povestea despre cum ar fi putut ajunge acolo. Probabil că nu a ajuns acolo pur și simplu, ci s-a format acolo. Și destul de recent. Cu alte cuvinte, credem că asistăm la nașterea unei găuri negre supermasive – ceva ce nu a mai fost văzut până acum.
Cum s-au format găurile negre supermasive este o întrebare persistentă. Există două teorii principale, denumite «semințe ușoare» și «semințe grele». În teoria ”semințelor ușoare”, se începe cu găuri negre mici formate atunci când miezul unei stele se prăbușește și steaua explodează ca o supernovă. Acest lucru ar putea duce la o gaură neagră cu o greutate de până la aproximativ 1.000 de sori. Se formează multe dintre ele într-un spațiu mic și acestea se unesc în timp pentru a deveni o gaură neagră mult mai masivă. Problema este că procesul de fuziune necesită timp, iar Webb a descoperit găuri negre incredibil de masive în momente incredibil de timpurii în univers – posibil chiar prea devreme pentru ca acest proces să le explice.
A doua posibilitate este teoria ”semințelor grele”, în care o gaură neagră mult mai mare, poate de până la un milion de ori masa Soarelui nostru, se formează direct din prăbușirea unui nor mare de gaz. Se formează imediat o gaură neagră gigantică, deci este mult mai rapid. Cu toate acestea, problema cu formarea unei găuri negre dintr-un nor de gaz este că norilor de gaz le place să formeze stele pe măsură ce se prăbușesc, mai degrabă decât o gaură neagră, așa că trebuie să găsești o modalitate de a preveni acest lucru. Nu este clar dacă acest proces de colaps direct ar putea funcționa în practică.
Uitându-ne la datele din Galaxia Infinitului, credem că am pus la punct o poveste despre cum s-ar fi putut întâmpla acest lucru aici. Două galaxii în formă de disc se ciocnesc, formând structurile inelare ale stelelor pe care le vedem. În timpul coliziunii, gazul din aceste două galaxii se șochează și se comprimă. Această compresie ar putea fi suficientă pentru a forma un nod dens, care apoi se prăbușește într-o gaură neagră.
Există destul de multe dovezi indirecte pentru acest lucru. Observăm o fâșie mare de gaz ionizat, în special hidrogen care a fost deposedat de electroni, care se află chiar la mijloc între cele două nuclee, înconjurând gaura neagră supermasivă. De asemenea, știm că gaura neagră crește activ – vedem dovezi în acest sens în razele X de la Observatorul de raze X Chandra al NASA și în radioul de la Very Large Array. Cu toate acestea, întrebarea este: s-a format acolo?”
„Există alte două posibilități care îmi vin în minte. În primul rând, ar putea fi o gaură neagră fugară care a fost ejectată dintr-o galaxie și care pur și simplu trece prin ea. În al doilea rând, ar putea fi o gaură neagră în centrul unei a treia galaxii, în aceeași locație din spațiul cosmic. Dacă s-ar afla într-o a treia galaxie, ne-am aștepta să vedem galaxia înconjurătoare, cu excepția cazului în care ar fi o galaxie pitică slabă. Cu toate acestea, galaxiile pitice nu tind să găzduiască găuri negre gigantice.
Dacă gaura neagră ar fi o gaură neagră fugară sau dacă s-ar afla într-o galaxie fără legătură, ne-am aștepta să aibă o viteză foarte diferită de gazul din Galaxia Infinitului. Ne-am dat seama că acesta ar fi testul nostru – să măsurăm viteza gazului și viteza găurii negre și să le comparăm. Dacă vitezele sunt apropiate, poate în limita a 50 de kilometri pe secundă, atunci devine greu de susținut că gaura neagră nu este formată din acel gaz.
Am solicitat și am primit timpul discreționar al directorului pentru a urmări această țintă împreună cu Webb, iar rezultatele noastre preliminare sunt interesante. În primul rând, prezența unei distribuții extinse de gaz ionizat între cele două nuclee este confirmată. În al doilea rând, gaura neagră se află într-un mod superb în mijlocul distribuției de viteză a acestui gaz înconjurător – așa cum era de așteptat dacă s-ar fi format acolo. Acesta este rezultatul cheie pe care îl urmăream!
În al treilea rând, ca un bonus neașteptat, se dovedește că ambele nuclee de galaxii au și o gaură neagră supermasivă activă. Deci, acest sistem are trei găuri negre active confirmate: două foarte masive în ambele nuclee de galaxii și cea dintre ele care s-ar fi putut forma acolo.
Nu putem spune definitiv că am găsit o gaură neagră cu colaps direct. Dar putem spune că aceste noi date întăresc ipoteza că vedem o gaură neagră nou-născută, eliminând în același timp unele dintre explicațiile concurente. Vom continua să analizăm datele și să investigăm aceste posibilități.”
Autor: Corina Gheorghe
Foto: NASA
