Każda masa, jak odkrył Albert Einstein, zagina czasoprzestrzeń. Gdy zgromadzonej w jednym miejscu materii jest wystarczająco dużo, czasoprzestrzeń zapada się w czarną dziurę, z której nic nie może się wydostać. Nawet światło – stąd nazwa. Dziś w kosmosie czarne dziury powstają, gdy skończą się reakcje jądrowe w masywnych gwiazdach.

Jednak w centrach galaktyk ukrywają się czarne dziury o masach milionów gwiazd. Z wyliczeń astrofizyków wynika, że raczej nie powstały w wyniku zderzeń mniejszych czarnych dziur. Takie powstawanie czarnych dziur trwałoby znacznie dłużej niż 700 milionów lat – a na tyle szacują badacze wiek najmłodszych z supermasywnych czarnych dziur. Naukowcy sądzą, że powstawały one, gdy olbrzymie obłoki gazów zapadały się bezpośrednio, zanim zdążyły z nich powstać gwiazdy.

To naukowa hipoteza i, jak każda hipoteza, powinna zostać sprawdzona. Będzie to możliwe już całkiem niedługo.

Jak wykryć, że materia zapadła się w czarną dziurę? Po promieniowaniu radiowym, emitowanym przez rozpędzone resztki

Z praw fizyki wynika, że takiemu zapadaniu się gazów w supermasywne czarne dziury powinno towarzyszyć promieniowanie, w tym fale radiowe. Niedawno opublikowane badania wskazują, że nowe teleskopy będą mogły takie zjawisko zaobserwować.

Teoretycznie będzie mógł je dostrzec na przykład teleskop Webba, który trafi na orbitę jeszcze w tym roku. Niedawno trafił na lądowisko w Gujanie, skąd zostanie wyniesiony w kosmos, gdzie będzie prowadzić obserwacje w podczerwieni. Jednak zaobserwowanie powstania czarnej dziury będzie niezwykle trudne i możliwe tylko wtedy, jeśli błysk promieniowania podczerwonego towarzyszący temu zdarzeniu był niezwykle silny.

Znacznie łatwiej będzie zaobserwować promieniowanie radiowe towarzyszące powstawaniu supermasywnych czarnych dziur. Emitują je resztki materii, które wokół czarnej dziury tworzą obracający się dysk. Jego prędkość jest tak wielka, że materia zaczyna emitować właśnie fale radiowe.

Kwazary – supermasywne czarne dziury w centrach galaktyk – też wykryto dzięki obserwacjom radiowym

W ten sposób odkryto pierwsze supermasywne czarne dziury. W latach 60. ubiegłego wieku stwierdzono, że niektóre silne źródła fal radiowych pochodzą z centrów odległych galaktyk. Nazwano je kwazarami (to skrót od quasi stellar radio source czyli „gwiazdopodobne źródła fal radiowych”). Dziś astrofizycy sądzą, że źródłami tymi muszą być obłoki materii wirujące wokół supermasywnych czarnych dziur.

Wykrycie  narodzin supermasywnych czarnych dziur, które powstały, zanim narodziły się gwiazdy, będzie o wiele trudniejsze. Wszechświat nieustannie się rozszerza, wiec poszukiwanie starszych sygnałów z początków jego istnienia jest zadaniem skomplikowanym. Trzeba wychwycić sygnał, który dociera do nas z bardzo dużej odległości.

Jak obliczają w nowej pracy badacze, temu zadaniu podoła Square Kilometer Array. To planowana sieć radioteleskopów, których anteny zostaną rozmieszczone na obszarze jednego kilometra kwadratowego w Australii i Południowej Afryce.

W 2020 International Centre for Radio Astronomy Research (ICRAR) zakończyło trwające siedem lat przygotowania do budowy. Pierwszych obserwacji można oczekiwać w 2027 roku. Być może dowiemy się wtedy, jak powstały czarne dziury o masach milionów gwiazd, które dziś ukrywają się w centrach galaktyk.

Źródła: ArXiv, Universe Today.