Observarea unui quasar variabil îndepărtat, ale cărui fluctuații de luminozitate sunt extreme, fiind echivalente cu 2 trilioane de ori mai mari decât strălucirea Soarelui, poate oferi indicii cu privire la modul de formare al găurilor negre, conform unui studiu publicat pe 8 iunie în revista Nature Astronomy, transmite Space.com.
Este prima dată când un quasar variabil a fost observat în Universul timpuriu, acesta datând de acum 12,9 miliarde de ani – la aproximativ 900 de milioane de ani după Big Bang.
Quasarii sunt găuri negre supermasive extrem de active din inima unor galaxii, care se hrănesc cu furie cu gazul din jur și cresc rapid. Pe măsură ce gazul înconjoară orizontul evenimentului găurii negre – punctul dincolo de care nimic nu poate scăpa de gaura neagră – se încălzește ca urmare a frecării, ceea ce-i conferă o strălucire intensă a gazului. În plus, câmpurile magnetice pot îndepărta unele dintre particulele încărcate din gaz, împingându-le departe de gaura neagră supermasivă sub formă de jeturi puternice și strălucitoare. Astfel quasarii sunt unele dintre cele mai strălucitoare obiecte din Univers.
Peste un milion de quasari au fost descoperiți în Univers, dar doar aproximativ 200 dintre aceștia au existat în primul miliard de ani după Big Bang. Deși majoritatea quasarilor fluctuează, de obicei aceste variații sunt relativ modeste, iar astfel de fluctuații puternice nu au fost observate la un quasar în primul miliard de ani de istorie cosmică, până acum.
‘Știam că quasarii din Universul apropiat pot fluctua’, a declarat Gene Leung de la Institutul Kavli pentru Astrofizică și Cercetări Spațiale din cadrul Institutului de Tehnologie din Massachusetts (MIT), într-un comunicat. ‘Fluctuațiile provin din modul în care gazul cade în gaura neagră și modul în care fluctuează quasarul ne spune ceva despre structura discului de acreție al unei găuri negre și despre tipul de materie pe care o consumă gaura neagră’.
Quasarul în cauză pompează energie echivalentă cu luminozitatea a 12 trilioane de sori, iar lumina sa fluctuează cu aproximativ 20%, sau de 2 trilioane de ori mai mult decât luminozitatea Soarelui, o cantitate destul de remarcabilă care indică cât de repede crește această gaură neagră.
Chiar și așa, quasarul este atât de îndepărtat încât detectarea acestor fluctuații nu a fost ușoară. Nu numai că lumina a călătorit mult timp, dar expansiunea Universului i-a extins și mai mult lungimea de undă spre roșu, un fenomen numit ‘deplasare la roșu’.
Gene Leung și colega sa de la MIT, Anna-Christina Eilers, au condus o echipă care a descoperit acest quasar variabil evaziv după ce a căutat în arhivele misiunii NEOWISE (Near-Earth Object Wide-field Infrared Survey Explorer) a NASA. NEOWISE a scanat întregul cer timp de aproximativ 14 ani, căutând asteroizi periculoși, ocazie cu care a captat și numeroase fenomene care s-au produs în fundal.
Deplasarea spre roșu a luminii quasarului a redus, de asemenea, frecvența fluctuațiilor. Variațiile care ar fi putut avea loc la intervale de timp de câteva zile când lumina a părăsit acest quasar au fost deplasate spre roșu la un interval de luni în momentul în care această lumină a fost detectată de telescoape. De aceea, datele acumulate de NEOWISE pe parcursul multor ani au fost neprețuite.
‘Am văzut fluctuațiile aleatorii ale quasarului pe parcursul perioadei de 14 ani, la fel cum flacăra unei lumânări pâlpâie fără regularitate’, a spus Leung.
Variațiile quasarului pe diferite lungimi de undă sunt legate de variațiile temperaturii gazului care se învârte în jurul găurii negre centrale. Cu cât gazul este mai aproape de gaura neagră, cu atât este mai fierbinte. Din aceasta, echipa lui Leung a putut deduce că gazul s-a așezat într-un disc de acreție foarte plat.
Pentru un quasar mai vechi, acest lucru nu ar fi o surpriză, dar pentru un quasar atât de tânăr, este potențial revelator pentru că găurile negre supermasive cresc dezordonat, iar norul de gaz care cade în jurul unui quasar tânăr, existent la doar 850 de milioane de ani după Big Bang, ar trebui să fie ca un tor gros și haotic în formă de gogoașă. Gazul ar trebui să se aplatizeze doar după ce quasarul s-a maturizat. Cu alte cuvinte, acest quasar pare mai bătrân decât anii săi.
‘Cred că ceea ce sugerează acest lucru este că toate fazele de creștere dezordonate și foarte rapide prin care ne așteptăm să treacă toate găurile negre la un moment dat se întâmplă foarte, foarte devreme, înainte de a le vedea ca pe acești quasari luminoși foarte strălucitori’, a spus Eilers. ‘Aceasta este imaginea care se conturează’ din analiza datelor.
Astronomii acumulează deja dovezi că găurile negre supermasive se pot forma mai repede decât era așteptat din colapsul direct al norilor de gaz, după cum o demonstrează și ‘micile puncte roșii’ (LRD – little red dots) descoperite de Telescopul Spațial James Webb (JWST) în Universul timpuriu. Descoperirea unui quasar matur care a existat acum 12,9 miliarde de ani întărește teoria emergentă conform căreia găurile negre supermasive s-au format devreme și s-au dezvoltat foarte rapid.
‘Aceasta înseamnă că s-a întâmplat ceva chiar mai devreme, ceea ce a făcut ca aceste sisteme să pară atât de mature’, a spus Leung.
În continuare, Leung și Eilers speră să găsească quasari și mai vechi (cel mai vechi observat vreodată a existat acum 13,2 miliarde de ani), probabil cu JWST, pentru a încerca să afle de ce au crescut atât de repede.
