Cu ajutorul telescoapelor NASA, astronomii au descoperit cea mai îndepărtată gaură neagră văzută până acum în raze X. Gaura neagră se află într-o fază incipientă de creștere. Până acum, cercetătorii nu au mai avut ocazia să studieze o gaură neagră în stadiul în care masa sa este similară cu cea a galaxiei gazdă.
Acest rezultat poate explica modul în care s-au format unele dintre primele găuri negre supermasive din univers.
Combinând datele de la Observatorul de raze X Chandra al NASA și telescopul spațial James Webb al NASA, o echipă de cercetători a reușit să găsească semnătura revelatoare a unei găuri negre în creștere la doar 470 de milioane de ani după Big Bang.
„Aveam nevoie de Webb pentru a găsi această galaxie remarcabil de îndepărtată și de Chandra pentru a-și găsi gaura neagră supermasivă. Am profitat și de o lupă cosmică care a mărit cantitatea de lumină pe care am detectat-o. Acest efect de mărire este cunoscut sub numele de lentilă gravitațională”, a spus Akos Bogdan de la Centrul de Astrofizică | Harvard & Smithsonian (CfA), care conduce o nouă lucrare în revista Nature Astronomy, care descrie aceste rezultate.
Cercetătorul și echipa sa au găsit gaura neagră dintr-o galaxie numită UHZ1 în direcția clusterului de galaxii Abell 2744, situat la 3,5 miliarde de ani lumină de Pământ. Datele Webb au arătat că galaxia este mult mai îndepărtată decât clusterul, la 13,2 miliarde de ani lumină de Pământ, când universul avea doar 3% din vârsta sa actuală.
Timp de peste două săptămâni de observații au evidențiat prezența unui gaz intens, supraîncălzit, emițător de raze X în această galaxie – o marcă specifică pentru o gaură neagră supermasivă în creștere. Lumina din galaxie și razele X de la gazul din jurul găurii sale negre supermasive sunt mărite prin intervenția materiei în Abell 2744 (datorită lentilei gravitaționale), îmbunătățind semnalul infraroșu detectat de Webb și permițând Chandra să detecteze sursa slabă de raze X.
Această descoperire este importantă pentru înțelegerea modului în care unele găuri negre supermasive pot atinge mase colosale imediat după Big Bang. Se formează direct din prăbușirea norilor masivi de gaz, creând găuri negre cu o greutate între aproximativ 10.000 și 100.000 de sori? Sau provin din explozii ale primelor stele care creează găuri negre cântărind doar între aproximativ 10 și 100 de sori?
„Există limite fizice cu privire la cât de repede pot crește găurile negre odată ce s-au format, dar cele care se nasc mai masive au un avans. Este ca și cum ai planta un puiet, care necesită mai puțin timp pentru a deveni un copac de mărime normală decât dacă ai începe doar cu o sămânță”, a explicat Andy Goulding de la Universitatea Princeton.
Goulding este coautor al lucrării din Nature Astronomy și autor principal al unei noi lucrări din The Astrophysical Journal Letters care raportează distanța și masa galaxiei folosind un spectru de la Webb.
Echipa condusă de Akos Bogdan a găsit dovezi importante că gaura neagră recent descoperită a fost una masivă încă de la formare. Se estimează că masa sa va scădea între 10 și 100 de milioane de sori, pe baza luminozității și energiei razelor X. Acest interval de masă este similar cu cel al tuturor stelelor din galaxia în care trăiește, ceea ce este în contrast puternic cu găurile negre din centrele galaxiilor din universul apropiat, care de obicei conțin doar aproximativ o zecime de procent din masa stelelor galaxiei gazdă.
Masa mare a găurii negre la o vârstă fragedă, plus cantitatea de raze X pe care o produce și luminozitatea galaxiei detectate de Webb, toate sunt de acord cu predicțiile teoretice din 2017 ale co-autorului Priyamvada Natarajan de la Universitatea Yale pentru un „Oversize Black Hole”, care s-a format direct din prăbușirea unui nor imens de gaz.
„Credem că aceasta este prima detectare a unei „găuri negre de dimensiuni mari” și cea mai bună dovadă obținută până acum că unele găuri negre se formează din nori masivi de gaz. Pentru prima dată, vedem o etapă scurtă în care o gaură neagră supermasivă cântărește aproximativ la fel de mult ca stelele din galaxia sa, înainte de a rămâne în urmă.”, a susținut Natarajan.
Cercetătorii intenționează să folosească aceste rezultate împreună cu altele provenite de la Webb și combinate cu date de la alte telescoape pentru a completa o imagine mai mare a universului timpuriu.
Telescopul spațial Hubble de la NASA a arătat anterior că lumina din galaxiile îndepărtate este puternic mărită de materia din clusterul de galaxii intermediar, oferind o parte din motivația pentru observațiile Webb și Chandra descrise aici.
Lucrarea care descrie rezultatele echipei coordonate de Akos Bogdan apare în Nature Astronomy.
Datele Webb utilizate în ambele lucrări fac parte dintr-un sondaj numit Ultradeep Nirspec and nirCam ObserVations before the Epoch of Reionization (UNCOVER). Lucrarea condusă de membrul echipei UNCOVER, Andy Goulding, apare în Astrophysical Journal Letters. Printre coautorii se numără și alți membri ai echipei UNCOVER, plus Bogdan și Natarajan.
Centrul de zbor spațial Marshall al NASA gestionează programul Chandra. Centrul de raze X Chandra al Observatorului de Astrofizică Smithsonian controlează operațiunile științifice din Cambridge, Massachusetts și operațiunile de zbor din Burlington, Massachusetts.
Telescopul spațial James Webb este cel mai important observator al științelor spațiale din lume. Webb rezolvă misterele sistemului nostru solar, privind dincolo de lumi îndepărtate din jurul altor stele și cercetează structurile și originile misterioase ale universului nostru și locul nostru în el. Webb este un program internațional condus de NASA cu partenerii săi, ESA (Agenția Spațială Europeană) și Agenția Spațială Canadiană.
Autor: Corina Gheorghe
Foto: NASA
