Kwazar, który nie powinien istnieć?
Supermasywne czarne dziury znajdują się w centrach większości galaktyk. Rosną, pochłaniając otaczający je gaz, który tworzy wokół nich tzw. dysk akrecyjny. Gdy proces ten jest wyjątkowo intensywny, czarna dziura staje się kwazarem — jednym z najjaśniejszych obiektów we Wszechświecie.
W standardowej teorii istnieje jednak ograniczenie tempa wzrostu czarnej dziury, zwane granicą Eddingtona. Jeśli akrecja przebiega zbyt szybko, promieniowanie powinno „odpychać” napływający gaz i spowalniać dalszy wzrost. A jednak odkryty kwazar najwyraźniej ignoruje to ograniczenie.
13 razy szybciej niż „dozwolone”
Dzięki obserwacjom wykonanym Teleskopem Subaru astronomowie oszacowali masę czarnej dziury oraz tempo, w jakim pochłania ona materię. Wynik okazał się zdumiewający: obiekt rośnie z prędkością około 13 razy większą niż przewiduje granica Eddingtona.
Taki tryb wzrostu, zwany akrecją supereddingtonowską, był wcześniej rozważany głównie w teorii. Teraz po raz pierwszy udało się zaobserwować go w tak ekstremalnej formie we wczesnym Wszechświecie.
Jeszcze większa niespodzianka: promienie X i potężny dżet
To jednak nie koniec zaskoczeń. Modele przewidują, że przy tak intensywnej akrecji emisja promieniowania rentgenowskiego powinna słabnąć, a dżety radiowe powinny zanikać lub być niestabilne. Tymczasem ten kwazar świeci wyjątkowo jasno w promieniach X, wytwarza silny dżet radiowy, zdolny oddziaływać na otoczenie galaktyczne.
Oznacza to, że czarna dziura jednocześnie rośnie w ekstremalnym tempie, posiada aktywną koronę emitującą promienie X oraz napędza potężny dżet. Takiej kombinacji nie potrafią jeszcze wyjaśnić obecne modele fizyczne.
Krótki moment przejściowy w życiu czarnej dziury?
Naukowcy przypuszczają, że obserwujemy obiekt w rzadkiej, przejściowej fazie ewolucji. Być może doszło do nagłego napływu ogromnych ilości gazu, który: gwałtownie zwiększył tempo akrecji, uruchomił fazę supereddingtonowską, na krótki czas podtrzymał zarówno silną emisję rentgenowską, jak i dżet. Taki stan mógł trwać relatywnie krótko w skali kosmicznej, co tłumaczyłoby, dlaczego podobne obiekty są tak trudne do znalezienia.
Dlaczego to odkrycie jest tak ważne? Potężne dżety emitowane przez kwazary mogą: ogrzewać gaz w galaktyce, hamować lub pobudzać powstawanie gwiazd, wpływać na wspólną ewolucję galaktyk i czarnych dziur.
Zrozumienie związku między ekstremalnym wzrostem czarnych dziur a ich wpływem na otoczenie jest kluczowe dla poznania historii Wszechświata. Jak podkreśla główna autorka badania, Sakiko Obuchi z Uniwersytetu Waseda:
„To odkrycie może przybliżyć nas do zrozumienia, w jaki sposób supermasywne czarne dziury powstały tak szybko we wczesnym Wszechświecie. Chcemy sprawdzić, co napędza tak silne emisje promieni X i fal radiowych oraz czy podobne obiekty nie kryją się w istniejących danych obserwacyjnych.”
Nowe okno na młody Wszechświat
Odkrycie tego niezwykłego kwazara pokazuje, że Wszechświat we wczesnych epokach był znacznie bardziej dynamiczny, niż dotąd sądziliśmy. Być może wiele supermasywnych czarnych dziur przeszło podobne, gwałtowne fazy wzrostu, a my dopiero zaczynamy je dostrzegać.
Źródło: Uniwersytet Waseda
