Czarna dziura i brakujące ogniwo w kosmicznej ewolucji. Jej pochodzenie sięga początków wszechświata

Astronomowie znaleźli dowody na istnienie potencjalnej supermasywnej czarnej dziury GNz7q, która mogła powstać wkrótce po Wielkim Wybuchu. Badanie tego obiektu powinno dostarczyć informacji na temat brakującego ogniwa między młodymi galaktykami a pierwszymi supermasywnymi czarnymi dziurami.
Czarna dziura i brakujące ogniwo w kosmicznej ewolucji. Jej pochodzenie sięga początków wszechświata

Powstanie tego obiektu jest datowane na około 750 milionów lat po Wielkim Wybuchu, który jest uznawany za kluczowy etap związany z narodzinami wszechświata. Badacze zrzeszeni w ramach DAWN (Cosmic Dawn Center) przedstawili swoje ustalenia w tej sprawie na łamach Nature. I choć w teorii istnienie tak starych supermasywnych czarnych dziur było możliwe, to po raz pierwszy udało się takową zidentyfikować. Kluczową rolę w prowadzonych badaniach odegrał Kosmiczny Teleskop Hubble’a.

Na ratunek Kosmiczny Teleskop Hubble’a 

Badaniom przewodniczył Seiji Fujimoto z Uniwersytetu w Kopenhadze. Jego zdaniem znaleziony obiekt stanowi poszukiwane brakujące ogniwo w ewolucji supermasywnych czarnych dziur. Konsensus naukowy w tej sprawie zakłada, iż supermasywne czarne dziury powinny powstawać w zapylonych rdzeniach szybko formujących się galaktyk aż do momentu narodzin kwazarów. Zarówno galaktyki jak i jasne kwazary wykrywano już we wczesnym wszechświecie, ale wcześniej nie udało się dostarczyć dowodów wskazujących na występowanie łączących je zależności.

A tak się składa, iż GNz7q jest czymś pomiędzy taką galaktyką a kwazarem. Do narodzin tego obiektu mogło dojść w galaktyce, w której gwiazdy powstają w niezwykle szybkim tempie opiewającym na około 1600 mas Słońca rocznie. Wynik ten jest znacznie wyższy niż w przypadku Drogi Mlecznej, a wspomniany proces prowadzi również do tworzenia się i podgrzewania kosmicznego pyłu świecącego w podczerwieni. Dysk akrecyjny supermasywnej czarnej dziury powinien być bardzo jasny zarówno w świetle ultrafioletowym, jak i rentgenowskim. W tym przypadku było jednak inaczej.

Udało się bowiem wykryć promieniowanie ultrafioletowe za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble’a, ale światło rentgenowskie pozostawało niewidoczne. Pozwala to sądzić, że rdzeń dysku akrecyjnego, z którego pochodzi promieniowanie rentgenowskie pozostaje zasłonięty podczas gdy zewnętrzna część tego dysku (skąd pochodzi światło ultrafioletowe) jest odsłonięta. Zdaniem autorów publikacji GNz7q jest szybko rosnącą czarną dziurą, nadal przesłoniętą pyłowym rdzeniem swojej galaktyki. 

GNz7q to prawdopodobnie szybko rosnąca czarna dziura

Chociaż świecące kwazary były już lokalizowane nawet w najwcześniejszych epokach wszechświata, przejściowa faza szybkiego wzrostu zarówno czarnej dziury, jak i jej gwiezdnego gospodarza nie została znaleziona w podobnych epokach. Co więcej, obserwowane właściwości są w pełni zgodne z symulacjami teoretycznymi i sugerują, że GNz7q jest pierwszym przykładem przejściowej, szybkiej fazy wzrostu czarnych dziur w pyłowym jądrze gwiazdy, przodka późniejszej supermasywnej czarnej dziury“. – wyjaśnia Gabriel Brammer z Instytutu Nielsa Bohra