Naukowcy odkryli najstarszą zaobserwowaną czarną dziurę, datowaną na początki Wszechświata, i odkryli, że dosłownie pożera ona swoją galaktykę macierzystą.
Międzynarodowy zespół kierowany przez naukowców z Uniwersytetu w Cambridge pracujący na danych z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST) odkrył czarną dziurę, która, jak wszystko wskazuje, istniała już 400 milionów lat po Wielkim Wybuchu, czyli znacznie ponad 13 miliardów lat temu. Wyniki obserwacji opublikowano właśnie w periodyku naukowym Nature.
Odkrycie to jest zaskoczeniem dla całej społeczności naukowej, ponieważ tak masywna czarna dziura — jej masę szacuje się na kilka milionów mas Słońca — nie powinna istnieć tak wcześnie we wszechświecie. Według naszej obecnej wiedzy czarna dziura nie miałaby od początku wszechświata wystarczająco dużo czasu, aby tak bardzo się rozrosnąć. Astronomowie uważają, że supermasywne czarne dziury znajdujące się w centrach galaktyk takich jak Droga Mleczna potrzebowały na osiągnięcie swojej masy całych miliardów lat. Rozmiar odkrytej nowej czarnej dziury wskazuje, że musiała ona powstać w zupełnie inny sposób. Alternatywy zasadniczo są dwie: albo takie obiekty powstają już jako duże czarne dziury, albo są to czarne dziury, które pochłaniają otaczającą je materię w tempie pięciokrotnie szybszym, niż dotychczas uważano to za możliwe.
Według standardowych modeli supermasywne czarne dziury powstają z pozostałości martwych gwiazd, które zapadają się i mogą utworzyć czarną dziurę o masie około stu mas Słońca. Gdyby rosła w oczekiwany sposób, nowo odkryta czarna dziura potrzebowałaby około miliarda lat, aby osiągnąć obserwowany rozmiar. Problem w tym, że wszechświat miał wtedy zaledwie 400 milionów lat, więc czarna dziura nie miałaby czasu, aby tak bardzo się rozrosnąć. Naukowcy zwracają jednak uwagę na fakt, że pierwsze galaktyki były niezwykle bogate w gaz. To z kolei oznacza, że był to prawdziwy bufet dla czarnych dziur, które mogły bezustannie pochłaniać olbrzymie ilości materii, rosnąc znacznie szybciej, niż to obecnie jest możliwe.
Podobnie jak wszystkie czarne dziury, ta młoda czarna dziura pożera materię ze swojej galaktyki macierzystej, szybko zwiększając swoją masę. Co jednak interesujące, obserwowana właśnie czarna dziura pochłania materię ze swojego otoczenia znacznie szybciej, niż wydawało się to możliwe. Nigdy później w historii wszechświata takie tempo już się nie pojawiało.
Młoda galaktyka macierzysta skatalogowana pod numerem GN-z11 świeci do nas z drugiego końca wszechświata właśnie blaskiem bezpośredniego otoczenia swojej supermasywnej czarnej dziury. O ile samych czarnych dziur nie da się obserwować, bowiem nie emitują one żadnego promieniowania, to obserwujemy blask otaczającego ją wirującego dysku akrecyjnego. Materia tworząca taki dysk rozgrzewa się do ogromnych temperatur i emituje promieniowanie w zakresie ultrafioletowym. To właśnie ten blask z odległości ponad 13 miliardów lat świetlnych naukowcy są w stanie obserwować teraz na Ziemi.
GN-z11 to względnie kompaktowa galaktyka niemal sto razy mniejsza od Drogi Mlecznej. Jej rozwój jednak jest najprawdopodobniej hamowany przez znajdującą się w jej centrum czarną dziurę. Kiedy na czarną dziurę opada zbyt dużo gazu jednocześnie, część z tego gazu jest wyrzucana z otoczenia czarnej dziury w postaci niezwykle szybkiego wiatru. Wiatr ten z kolei rozwiewa obłoki zimnego gazu, uniemożliwiając tworzenie się w nich nowych gwiazd, tym samym powoli uśmiercając swoją galaktykę macierzystą.
Autorzy opracowania wskazują, że wyniesienie w przestrzeń kosmiczną Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba to ogromny krok w rozwoju naszej wiedzy o wczesnym etapie historii wszechświata. Dla takich badaczy JWST jest narzędziem równie rewolucyjnym, co dla astronomów był pierwszy teleskop zbudowany przez Galileusza.
Niezrównana czułość teleskopu Jamesa Webba sprawia, że w najbliższych miesiącach i latach najprawdopodobniej będziemy w stanie znaleźć jeszcze starsze czarne dziury, które istniały na jeszcze wcześniejszym etapie historii wszechświata. Wiedza uzyskana w takich odkryciach pozwoli nam odkryć nowe, nieznane jeszcze sposoby powstawania czarnych dziur.