Rast crnih rupa u svemiru usporava, sugerira tim astrofizičara koji su proučavali povijest svemira dugu 13,8 milijardi godina.
Kao što su objasnili Fan Zou, diplomirani student astronomije i astrofizike na Sveučilištu Penn State, i W. Niel Brandt, profesor astronomije i astrofizike na istom sveučilištu, crne rupe su izvanredni astronomski objekti s gravitacijom toliko snažnom da ništa, čak ni svjetlost, ne može pobjeći iz njih. Najveće među njima, poznate kao supermasivne crne rupe, mogu težiti milijune do milijarde puta više od mase Sunca.
Ovi divovi obično se nalaze u središtima galaksija. Naša galaksija, Mliječna staza, također sadrži supermasivnu crnu rupu u svom središtu.
Kako bi odgovorili na ovo pitanje, tim astrofizičara proučavao je povijest svemira dugu 13,8 milijardi godina kako bi pratio rast supermasivnih crnih rupa od ranih dana do danas.
Znanstvenici su izgradili model sveukupne povijesti rasta supermasivnih crnih rupa koji obuhvaća posljednjih 12 milijardi godina.
Kako rastu supermasivne crne rupe?
Supermasivne crne rupe rastu prvenstveno na dva načina. Mogu konzumirati plin iz svojih matičnih galaksija u procesu zvanom akrecija, a također se mogu spajati jedna s drugom kada se galaksije sudare.
Kao što su objasnili Zou i Brandt, kada supermasivne crne rupe konzumiraju plin, gotovo uvijek emitiraju snažne rendgenske zrake, vrstu visokoenergetske svjetlosti nevidljive golim okom. Vjerojatno ste čuli za rendgenske zrake kod zubara, gdje se ponekad koriste za pregled vaših zuba. Rendgenske zrake koje koriste astronomi općenito imaju niže energije od medicinskih rendgenskih zraka.
Kako onda bilo koja svjetlost, pa čak i nevidljive rendgenske zrake, može pobjeći iz crnih rupa? Strogo govoreći, svjetlost ne dolazi iz samih crnih rupa, već iz plina neposredno izvan njih. Kada se plin povuče prema crnoj rupi, zagrijava se i zrači svjetlost, poput rendgenskih zraka. Što više plina supermasivna crna rupa konzumira, to će više rendgenskih zraka proizvoditi.
Zahvaljujući podacima prikupljenim tijekom više od 20 godina s tri najmoćnija rendgenska teleskopa ikada lansirana u svemir — Chandra, XMM-Newton i eROSITA — astronomi mogu uhvatiti rendgenske zrake iz velikog broja akretivnih supermasivnih crnih rupa u svemiru.
Ovi podaci omogućuju istraživačkom timu da procijeni koliko brzo supermasivne crne rupe rastu konzumirajući plin. U prosjeku, supermasivna crna rupa može konzumirati dovoljno plina da odgovara masi Sunca svake godine, s točnom vrijednošću koja ovisi o raznim faktorima.
Na primjer, podaci pokazuju da je stopa rasta crne rupe, prosječno tijekom milijuna godina, snažno povezana s masom svih zvijezda u njezinoj matičnoj galaksiji.
Koliko često se supermasivne crne rupe spajaju?
Osim hranjenja plinom, supermasivne crne rupe također mogu rasti spajanjem jedna s drugom kako bi stvorile jednu, masivniju crnu rupu kada se galaksije sudare.
Superračunalne kozmološke simulacije mogu predvidjeti koliko se često ti događaji događaju. Ove simulacije nastoje modelirati kako svemir raste i evoluira tijekom vremena. Bezbrojne galaksije koje lete kroz svemir su poput cigli koje grade svemir. Ove simulacije pokazuju da galaksije i supermasivne crne rupe koje one sadrže mogu proći kroz višestruka spajanja tijekom kozmičke povijesti.
Tim je pratio ova dva kanala rasta — konzumaciju plina i spajanja — koristeći rendgenske zrake i superračunalne simulacije, a zatim ih kombinirao kako bi napravio sveukupnu povijest rasta, koja prati rast crnih rupa kroz svemir tijekom milijardi godina.
Otkrivanje povijesti rasta
Povijest rasta koju su znanstvenici otkrili pokazala je da su supermasivne crne rupe rasle mnogo brže prije nekoliko milijardi godina, kada je svemir bio mlađi.
U ranim danima svemir je sadržavao više plina za konzumaciju supermasivnih crnih rupa, i supermasivne crne rupe su se neprestano pojavljivale. Kako je svemir stario, plin se postupno trošio, i rast supermasivnih crnih rupa je usporio. Prije otprilike 8 milijardi godina, broj supermasivnih crnih rupa se stabilizirao. Od tada nije znatno porastao.
Kada nema dovoljno plina dostupnog za rast supermasivnih crnih rupa putem akrecije, jedini način da postanu veće je kroz spajanja. Nije bilo mnogo takvih slučajeva u povijesti rasta. U prosjeku, najmasivnije crne rupe mogu akumulirati masu iz spajanja brzinom do mase Sunca svakih nekoliko desetljeća.
Ovo istraživanje pomoglo je razumjeti kako je preko 90% mase u crnim rupama akumulirano tijekom posljednjih 12 milijardi godina.
Međutim, još uvijek je potrebno istražiti kako su rasle u vrlo ranom svemiru kako bi se objasnio preostali mali postotak mase u crnim rupama. Astronomska zajednica počinje napredovati u istraživanju tih ranih supermasivnih crnih rupa, i nada se da će uskoro pronaći više odgovora.
Pozdrav svima! Hvala što čitate Kozmos.hr! Ja sam Ivan i dugi niz godina pišem o svermiu, astronomiji, znanosti, povijesti i arheologiji, a imao sam priliku sudjelovati i u dokumentarcima Science Discovery-ja te History Channel-a.
