Zašto crne rupe danas rastu sve sporije

U ranom svemiru supermasivne crne rupe rasle su daleko brže nego danas, a astronomi su dugo pokušavali objasniti zašto je taj proces s vremenom toliko usporio. Novo istraživanje sada upućuje na najizgledniji odgovor: crne rupe nisu prestale rasti zato što ih je manje ili zato što su manje masivne, nego zato što im je na raspolaganju sve manje hladnog plina kojim se mogu hraniti.

Do tog zaključka došao je tim astronoma koji je spojio podatke NASA-ina rendgenskog opservatorija Chandra s opažanjima teleskopa XMM-Newton i eROSITA. Rezultati, objavljeni časopisu The Astrophysical Journal 2025. godine, nude dosad najjasnije objašnjenje velikog pada u rastu supermasivnih crnih rupa kroz posljednjih deset milijardi godina.

Kad su crne rupe rasle najbrže

Astronomi razdoblje od prije oko deset milijardi godina nazivaju “kozmičko podne”. Tada je svemir bio u fazi najveće aktivnosti, a upravo su u tom razdoblju supermasivne crne rupe, mase od milijuna do milijardi Sunčevih masa, dosegnule vrhunac rasta. U usporedbi s tim vremenom, današnji svemir djeluje znatno mirnije.

Vodeći autor istraživanja Zhibo Yu sa Sveučilišta Penn State ističe da je uzrok tog velikog usporavanja dugo ostao neriješen problem u astrofizici. Rendgenski podaci, zajedno s opažanjima na drugim valnim duljinama, sada su omogućili da se različita objašnjenja prvi put međusobno izravno usporede.

Kada plin počne padati prema supermasivnoj crnoj rupi, on se snažno zagrijava i pritom emitira velike količine zračenja, osobito u rendgenskom dijelu spektra. Upravo zato astronomi već desetljećima prate rast crnih rupa pomoću rendgenskih teleskopa. Što je rast intenzivniji, to je i rendgensko zračenje jače.

Sve manje goriva u svemiru

U novom radu analizirano je oko 1,3 milijuna galaksija i približno 8000 aktivno rastućih supermasivnih crnih rupa. Istraživači su pritom kombinirali više vrsta opažanja, od širokih pregleda velikih dijelova neba do vrlo dubokih promatranja manjih područja. Takav pristup astronomi često prikazuju kao slojevitu “svadbenu tortu”. XMM-Newton i eROSITA pokrili su šire, ali pliće slojeve opažanja, dok je Chandra pridonijela najdubljim opažanjima na manjem području, što je omogućilo otkrivanje slabijih i udaljenijih objekata.

Takva kombinacija podataka bila je ključna jer je tim želio provjeriti tri glavna moguća objašnjenja usporavanja rasta crnih rupa. Prvo je bilo da crne rupe danas sporije akretiraju tvar. Drugo da su njihove tipične mase manje nego nekoć. Treće da je jednostavno manji broj galaksija u kojima crne rupe još uvijek aktivno rastu.

Analiza je pokazala da je prvo objašnjenje ujedno i najvažnije. Crne rupe u kasnijim razdobljima nakon Velikog praska doista privlače i troše tvar sporije nego u doba kozmičkog podneva. Suautor Niel Brandt, također sa Sveučilišta Penn State, smatra da je najvjerojatniji razlog to što je od tog razdoblja u svemiru ostalo manje hladnog plina dostupnog za akreciju.

Istraživačima pritom posao nije bio jednostavan. Jače rendgensko zračenje mogu stvarati i masivnije crne rupe i one koje rastu brže, pa je trebalo pažljivo razdvojiti ta dva učinka. Zato su u analizu uključeni i optički te infracrveni podaci, koji su poslužili za procjenu masa crnih rupa i preciznije tumačenje onoga što se vidi u rendgenskom području.

Suautor Fan Zou sa Sveučilišta Michigan naglašava da tek spoj podataka s više rendgenskih teleskopa omogućuje potpuniju sliku rasta crnih rupa nego što bi to mogao ponuditi ijedan instrument samostalno. Sve upućuje na to da će se taj dugoročni trend nastaviti i u budućnosti. Drugim riječima, era najintenzivnijeg rasta supermasivnih crnih rupa odavno je iza nas, a svemir danas ulazi u znatno sporiju fazu njihove evolucije.