Te gigantyczne czarne dziury teoretycznie nie powinny istnieć. A jednak jakimś cudem powstały

W centrum naszej galaktyki - Drogi Mlecznej - znajduje się supermasywna czarna dziura SgrA* o masie ponad 4 miliony razy większej od masy Słońca. Można pomyśleć, że to prawdziwy gigant, który będzie tylko rósł. Od czasu do czasu, w bezpośrednie otoczenie takiego giganta wędruje gwiazda, czy obłok pyłowy. Jeżeli taki pechowiec za bardzo zbliży się do czarnej dziury ulegnie rozszarpaniu, a tworząca go materia opadnie na czarną dziurę i tylko powiększy jej masę. W ten sposób stopniowo masa obiektu rośnie.

Przenieśmy się w czasie do przodu o jakieś 5-8 miliardów lat. Nasza galaktyka będzie wtedy łączyła się z obecnie zbliżającą się do nas Galaktyką Andromedy. W centrum tejże także znajduje się supermasywna czarna dziura. Kiedy z obu galaktyk powstanie jedna większa, obie supermasywne czarne dziury zaczną opadać ku jej środkowi, z czasem łącząc się ze sobą w jedną supermasywną czarną dziurę o masie zbliżonej do łącznej masy obu czarnych dziur (część tej masy w procesie łączenia zostanie wyemitowana w postaci fal grawitacyjnych).

To właśnie w podobnych procesach może tkwić tajemnica istnienia niepokojących obiektów znajdowanych w odległym od nas, bardzo wczesnym wszechświecie.

Sięgając w najodleglejsze, a zatem najstarsze (z naszej perspektywy) rejony wszechświata astronomowie znajdują bowiem supermasywne czarne dziury, które przynajmniej teoretycznie nie powinny istnieć. Im dalej w przestrzeń spoglądamy, tym bardziej spoglądamy wstecz w czasie. Im dalej jakiś obiekt się od nas znajduje, tym więcej czasu wyemitowane przez niego światło potrzebuje, aby do nas dotrzeć.

Tymczasem spoglądając w najodleglejsze dostępne nam ostępy wszechświata - te, które widzimy takimi, jakimi były zaledwie miliard czy dwa miliardy po Wielkim Wybuchu, widzimy supermasywne czarne dziury monstrualnych wprost rozmiarów. Wystarczy tutaj wspomnieć rekordzistki, które mają masy rzędu 12, 30 czy nawet 40 miliardów mas Słońca. Nie ma absolutnie żadnej możliwości, aby w tak krótkim czasie od Wielkiego Wybuchu tak masywne czarne dziury powstały w procesie akrecji materii ze swojego otoczenia. Nie miałyby na to po prostu wystarczająco dużo czasu.

Naukowcy z Centrum Astrofizyki Harvard-Smithsonian postanowili sprawdzić alternatywne drogi powstawania takich obiektów na wczesnym etapie ewolucji wszechświata. Stworzone przez nich na superkomputerze symulacje formowania supermasywnych czarnych dziur wykazały, że już dziesięć miliardów lat temu (nieco ponad 4 miliardy lat po Wielkim Wybuchu) mogły istnieć czarne dziury o masie 10 miliardów mas Słońca.

Skąd? Naukowcy wskazują, że młode supermasywne czarne dziury aktywnie pożerające materię ze swojego otoczenia mogły się ze sobą łączyć w procesie łączenia galaktyk, tworząc znacznie masywniejsze obiekty. W jednej z symulacji można było dostrzec proces łączenia trzech masywnych galaktyk, z których każda miała masę dziesięciokrotnie większą od masy Drogi Mlecznej. W każdej z tych galaktyk znajdowała się aktywna supermasywna czarna dziura. To właśnie w procesie połączenia trzech takich kwazarów mogło tak wcześnie dochodzić do powstawania monstrualnych supermasywnych czarnych dziur, przy których nawet nasza SgrA* jest tylko niepozorną dziurką.

Symulacje symulacjami, ale czy takie procesy we wczesnym wszechświecie da się potwierdzić obserwacyjnie? Jeszcze nie, ale wkrótce może być to możliwe. Fale grawitacyjne emitowane przez takie procesy emitowane są na zbyt niskiej częstotliwości jak dla obecnie wykorzystywanych detektorów fal grawitacyjnych. Kiedy jednak do pracy wejdzie kosmiczny detektor LISA (Laser Interferometer Space Antenna) być może będziemy w stanie już je zarejestrować. Wtedy też będzie można potwierdzić, że faktycznie udało nam się rozwiązać zagadkę pochodzenia supermasywnych czarnych dziur we wczesnym wszechświecie.