Czarne dziury umierają z głodu. W końcu wiadomo dlaczego
Dziesięć miliardów lat temu wszechświat przeżywał kosmiczne południe, burzliwą epokę, w której supermasywne czarne dziury rosły w zastraszającym tempie, pożerając niewyobrażalne ilości materii. Dziś te same potężne obiekty przypominają raczej astronomicznych emerytów na przymusowej diecie. Dlaczego ich apetyt tak drastycznie spadł?
Astronomowie mają odpowiedź na długo dręczącą astrofizykę zagadkę: dlaczego wzrost supermasywnych czarnych dziur jest dziś znacznie niższy niż w przeszłości?
Badanie przeprowadzone z wykorzystaniem Obserwatorium Rentgenowskiego Chandra NASA i innych teleskopów rentgenowskich wykazało, że supermasywne czarne dziury nie są w stanie konsumować materii tak szybko, jak w odległej przeszłości. Wyniki opublikowano The Astrophysical Journal.
Więcej na Spider's Web:
Dziesięć miliardów lat temu istniał okres, który astronomowie nazywają "kosmicznym południem", kiedy wzrost supermasywnych czarnych dziur (o masie od milionów do miliardów mas Słońca) osiągnął szczyt w całej historii Wszechświata. Jednak między kosmicznym południem a chwilą obecną astronomowie zaobserwowali znaczne spowolnienie tempa wzrostu czarnych dziur.
Przyczyna tego dużego spowolnienia była zagadką. Dzięki nowym danym rentgenowskim i wspierającym obserwacjom na innych długościach fal mogliśmy przetestować różne koncepcje i zawęzić odpowiedź – powiedział Zhibo Yu z Penn State University, główny autor nowego badania.
Pusta spiżarnia starzejącego się wszechświata
Kiedy gaz wpada do supermasywnej czarnej dziury, nagrzewa się i emituje duże ilości promieniowania, w tym promieni rentgenowskich. Od dziesięcioleci Chandra i inne teleskopy rentgenowskie obserwują spadek tempa wzrostu czarnych dziur w różnych odległościach od Ziemi, obserwując je w różnych miejscach Wszechświata.
Analizując obserwacje około 1,3 mln galaktyk i 8000 rozwijających się supermasywnych czarnych dziur zespół był w stanie ustalić przyczynę spowolnienia tempa wzrostu czarnych dziur. Wykorzystano do tego dane z Chandry, XMM-Newton należącego do ESA i eROSITA.
Wygląda na to, że tempo konsumpcji materii przez czarne dziury znacznie spowolniło wraz ze starzeniem się wszechświata. Dzieje się tak prawdopodobnie dlatego, że ilość zimnego gazu, który mogą one pochłaniać, zmniejszyła się od czasu kosmicznego południa – podkreśla Niel Brandt z Uniwersytetu Stanowego Pensylwanii.
W tym badaniu naukowcy określili jasność i masę czarnych dziur oraz liczbę galaktyk, które posiadają źródła promieniowania rentgenowskiego, co sugeruje, że zawierają one rosnące supermasywne czarne dziury. Zespół wykorzystał kombinację badań, od płytkich przeglądów dużych obszarów nieba po niezwykle długie badania małych pól. Osiągnięto wizualizację w postaci warstw, które tworzą wzór tortu weselnego.
Tajemnica wzrostu czarnych dziur rozwiązana
W obserwacjach XMM-Newton i eROSITA zapewniły środkowy i dolny poziom - szerszy, ale płytszy zakres obserwacji. Tymczasem Chandra zapewniła górny poziom głębokich obserwacji obejmujących stosunkowo niewielki obszar, co pozwoliło na wykrycie słabszych i bardziej odległych, rosnących czarnych dziur.
Łącząc dane z różnych teleskopów rentgenowskich, możemy stworzyć lepszy obraz wzrostu czarnych dziur niż jakikolwiek teleskop z osobna. Możemy dowiedzieć się, dlaczego w ciągu ponad dziesięciu miliardów lat wzrost supermasywnych czarnych dziur zmienił się z gwałtownego na powolny, a następnie w lodowaty – wyjaśnia współautor badania Fan Zou z Uniwersytetu Michigan.
Zespół przeprowadził testy trzech głównych możliwych scenariuszy spowolnienia wzrostu czarnych dziur, rozważanych obecnie. Opcje te brzmiały: czy spadek wzrostu czarnych dziur może być spowodowany mniej efektywnym tempem konsumpcji, mniejszą masą typowych czarnych dziur, czy też mniejszą liczbą aktywnie rosnących czarnych dziur?
Analiza danych obejmujących miliardy lat historii kosmosu doprowadziła ich do wniosku, że czarne dziury rzeczywiście zużywają materię wolniej, im później zostaną odkryte po Wielkim Wybuchu. Naukowcy spodziewają się, że ten trend wolniejszego wzrostu czarnych dziur będzie się utrzymywał w przyszłości.
Głowna ilustracja: Teleskop kosmiczny Chandra. Grafika: NASA
