Najprościej mówiąc: czarna dziura w centrum tego kwazara je znacznie szybciej, niż powinna, a przy tym świeci w promieniach X i nadaje w radiu z mocą, która w takim trybie zwykle powinna przygasnąć. I właśnie ta jednoczesność jest tu najbardziej niewygodna dla teorii.
Kosmiczny rekordzista z epoki, gdy Wszechświat był jeszcze młody
Obiekt obserwujemy jako istniejący w czasach, gdy Wszechświat miał mniej niż 1,5 miliarda lat. To okres, w którym galaktyki dopiero nabierały kształtu, a ich centra powinny dopiero organizować warunki do hodowania naprawdę masywnych czarnych dziur.
Tymczasem tu mamy kwazar, którego tempo akrecji – szacowane m.in. na podstawie własności promieniowania X – sięga około 13 razy wartości granicznej, którą traktuje się jak fizyczny ogranicznik stabilnego wzrostu.
Co ważne, zespół nie opiera się na wrażeniu, że świeci mocno, tylko na zestawie pomiarów: ruch gazu w pobliżu centrum, widmo z linią Mg II używaną do oszacowania masy czarnej dziury oraz dane wielofalowe (od optyki/IR po promienie X i radio).
Limit, który miał być hamulcem bezpieczeństwa
W klasycznym ujęciu istnieje punkt równowagi między grawitacją wciągającą materię do środka a ciśnieniem promieniowania, które działa jak przeciwwaga i odpycha napływający gaz. To właśnie stoi za limitem Eddingtona – intuicyjną granicą, po przekroczeniu której karmienie czarnej dziury powinno samo się zdławić.
Astronomowie od dawna dopuszczają wyjątki: krótkie epizody super-Eddingtonowskie są możliwe, zwłaszcza w gęstych, chaotycznych warunkach młodego Wszechświata. Problem w tym, że takie epizody mają swoją cenę: zmienia się geometria przepływu materii, rośnie rola wiatrów i sprzężeń zwrotnych, a część sygnałów wysokiej energii powinna stać się słabsza lub mniej oczywista.
Tu jednak nie chodzi o samo przekroczenie limitu. Chodzi o to, że obiekt wygląda, jakby łamał dwa założenia naraz: rośnie ekstremalnie szybko i jednocześnie zachowuje cechy normalnie działającego silnika w postaci jasnej korony X oraz mocnego dżetu radiowego.
Dlaczego jasne promienie X i mocne radio w tym samym czasie to kłopot?
Promienie X w takich układach wiążą się zwykle z koroną – obszarem bardzo gorącej plazmy blisko czarnej dziury. Radio to z kolei najczęściej podpis dżetu, czyli uporządkowanego strumienia materii i pól magnetycznych wyrzucanego na zewnątrz. Oba zjawiska są drogie energetycznie i mocno zależą od tego, jak wygląda dopływ materii.
Modele super-Eddingtona często sugerują, że przy ekstremalnym karmieniu układ robi się bardziej opuchnięty, a część emisji X może zostać stłumiona, bo wewnętrzne rejony są zasłonięte lub energia rozchodzi się inaczej. Dżety również nie muszą wcale działać tak skutecznie, bo warunki w dysku akrecyjnym i polach magnetycznych robią się niestabilne.
A teraz najciekawsze: w samym opisie obiektu pojawia się sugestia, że to może być faza przejściowa – krótki moment po zastrzyku gazu, kiedy układ jest jeszcze rozkręcony (dżet i korona działają), ale napływ materii już przeskoczył w tryb super-Eddingtona. Taki stan mógłby trwać na tyle krótko, że trafienie na niego jest statystycznie trudne, a jednak właśnie dlatego stanowi cenny kadr z filmu, którego zwykle nie da się obejrzeć w całości.
Jak to policzono i co wiemy o samej bestii?
W pracy analizującej obiekt (eFEDS J084222.9+001000, identyfikowany też jako ID830) podano m.in. przesunięcie ku czerwieni z≈3,435 oraz masę czarnej dziury rzędu 4,4×108 mas Słońca, wyznaczaną metodami opartymi o szerokość linii Mg II.
Równocześnie zespół wskazuje, że wskaźniki Eddingtona zależne od tego, z jakiego pasma je wyprowadzać, dochodzą do wartości ~13 w ujęciu opartym o jasność w promieniach X. To właśnie ta skala robi największe wrażenie, bo lokuje obiekt w grupie najbardziej „rozpędzonych” na tej masie.
I jeszcze jeden detal, który może mieć znaczenie dla interpretacji: obiekt jest opisywany jako wyjątkowo jasny w X wśród radiogłośnych kwazarów w swoim przeglądzie, co sugeruje, że to nie jest typowy przypadek radio gra, X gdzieś znika. Układ jest jednocześnie głośny i ostry – jakby ktoś podkręcił dwa pokrętła, których zwykle nie da się kręcić w prawo naraz.
Co to zmienia w historii o narodzinach supermasywnych czarnych dziur
Stary problem pozostaje ten sam: skąd w młodym Wszechświecie tak masywne czarne dziury, skoro na klasycznym diecie Eddingtona rosną za wolno. Każdy kolejny obiekt z ekstremalnym apetytem jest więc jednocześnie dowodem i prowokacją: dowodem, że natura umie chwilowo przyspieszać, oraz prowokacją, bo nie wiadomo, czy to rozwiązuje problem w skali populacji.
Tu dochodzi wątek sprzężenia zwrotnego z galaktyką. Silny dżet potrafi mieszać w gazie, podgrzewać go, a czasem wręcz ograniczać tempo tworzenia gwiazd – co oznacza, że takie epizody mogą wpływać nie tylko na masę czarnej dziury, ale i na styl dorastania całej galaktyki.
Jeśli ta interpretacja fazy przejściowej się utrzyma, to stawką nie jest jeden rekord. Stawką jest to, czy podobne obiekty nie kryją się w archiwach przeglądów nieba – jako coś, co dotąd wyglądało na statystyczny wybryk albo obiekt do późniejszej klasyfikacji.
Nasz język lubi wielkie słowa w stylu łamie prawa fizyki, ale prawdziwa sensacja jest subtelniejsza: to raczej sygnał, że mamy za proste intuicje o tym, jak zachowuje się materia, kiedy jest ściskana, podgrzewana i przeciągana przez ekstremalną grawitację w warunkach wczesnego kosmosu. Limit jest wciąż limitem – tylko natura najwyraźniej potrafi znaleźć boczne drzwi, zanim zabezpieczenia zdążą zadziałać.
I to jest chyba najciekawsze: obserwujemy nie tylko obiekt, ale potencjalnie mechanizm – migawkę z momentu, w którym kosmiczny silnik jeszcze się nie zdążył przegrzać, a już pracuje na obrotach, które w teorii powinny go dusić.