Gaură neagră (reprezentare artist). Credit: NOIRLab/AURA/NSF/P. Marenfeld
În centrul Căii Lactee, la 27.000 de ani-lumină de Pământ, se află o gaură neagră supermasivă, cu o masă de peste 4 milioane de sori. Aproape toate galaxiile conțin o gaură neagră supermasivă, iar multe dintre ele sunt mult mai masive.
Gaura neagră din galaxia eliptică M87 are o masă de 6,5 miliarde de sori. Cele mai mari găuri negre depășesc 40 de miliarde de mase solare.
Știm că acești monștri există în cosmos, dar cum s-au format ei?
O ipoteză este că găurile negre supermasive se formează în timp, prin fuziuni succesive. Din cauza materiei întunecate și a energiei întunecate, galaxiile s-au format în roiuri, separate de goluri. În timp, aceste goluri devin tot mai mari, în timp ce galaxiile se grupează și, în cele din urmă, fuzionează. Găurile negre din interiorul acelor galaxii se contopesc și ele, formând obiectele supermasive pe care le observăm astăzi.
Desigur, acest proces necesită timp. Dacă acest model este corect, atunci galaxiile cele mai îndepărtate ar trebui să conțină găuri negre mai mici, de ordinul unui milion de mase solare, iar giganții de miliarde de mase solare ar trebui observați doar în universul apropiat.
Însă observațiile realizate cu telescopul spațial James Webb au arătat că multe dintre cele mai îndepărtate galaxii conțin deja găuri negre supermasive uriașe. Găuri negre cu o masă de peste un miliard de sori existau deja atunci când universul avea doar o jumătate de miliard de ani. Acei giganți tineri sunt prea masivi pentru a putea fi explicați prin fuziuni și contrazic modelele convenționale.
Te-ai putea întreba de ce. La urma urmei, universul timpuriu era extrem de dens. Cu atât de multă materie disponibilă pentru a „hrăni” găurile negre, de ce nu s-ar fi putut ele îngrășa rapid?
Motivul are legătură cu un fenomen cunoscut drept „limita Eddington”. Pe măsură ce materia este atrasă spre o gaură neagră, ea se transformă într-un plasmă extrem de fierbinte și de înaltă presiune. Aceasta respinge materia aflată mai departe, încetinind rata de creștere.
„Limita Eddington” reprezintă cea mai rapidă viteză posibilă de creștere a unei găuri negre. Însă această rată nu este suficient de mare pentru a explica toți giganții observați în universul timpuriu.
Dar perioada cea mai timpurie a universului era foarte diferită de cea de azi. Ce-ar fi dacă limita Eddington nu s-ar fi aplicat atunci?
Aceasta este întrebarea analizată într-un studiu recent publicat pe arXiv. Autorii au creat modele hidrodinamice sofisticate pentru a studia formarea găurilor negre în timpul „epocii întunecate cosmice” – perioada de după răcirea electronilor și nucleelor care au format atomii, dar dinainte de reionizare, când primele stele s-au aprins și au readus lumina în cosmos.
Știm că în această epocă au început să se formeze galaxiile, deci este rezonabil să presupunem că și găurile negre supermasive au apărut în aceeași perioadă.
Pe baza simulărilor, autorii au descoperit existența unei perioade „super-Eddington”. Există regiuni suficient de dense încât materialul superîncălzit din apropierea unei găuri negre nu poate fi expulzat din zonă. Acest lucru a permis găurilor negre timpurii să crească într-un ritm mai rapid decât este posibil astăzi, dar numai până la aproximativ 10.000 de mase solare. Conform simulărilor, după acest prag, bucla de reacție Eddington își face din nou efectul și rata de creștere este limitată.
Echipa a mai constatat că această creștere super-Eddington nu ajută prea mult pe termen lung: în cele din urmă, chiar și găurile negre care cresc constant sub limita Eddington ating aceeași masă. Sprinterul olimpic Usain Bolt poate fi cel mai rapid om din lume, dar maratonistul Eliud Kipchoge îl va depăși într-o cursă suficient de lungă.
Acest studiu sugerează că, în fapt, creșterea super-Eddington nu poate explica toate găurile negre de miliarde de mase solare observate în universul timpuriu. Deoarece nici fuziunile galactice nu pot justifica apariția lor, această cercetare indică o altă posibilitate: găuri negre care s-au format foarte devreme, poate chiar în timpul perioadei inflaționare, imediat după Big Bang.
Studiul menționat în articol: Wu, Ziyong, Renyue Cen, and Romain Teyssier. “How Fast Could Supermassive Black Holes Grow At the Epoch of Reionization?” arXiv preprint arXiv:2510.16532 (2025).
Traducere după Inflationary Growth (CC BY-NC) de Brian Koberlein.
