Gigantyczna ukryta czarna dziura odkryta we wczesnym Wszechświecie

Ilustracja czarnej dziury. Wizja artystyczna.

Komunikat przygotowany prez zespół: Andreas Efstathiou, Katarzyna Małek, Raphael Shirley

Międzynarodowy zespół astrofizyków odkrył gigantyczną czarną dziurę ukrytą w galaktyce, która istniała już 1,4 miliarda lat po Wielkim Wybuchu.

Czarne dziury to jedne z najdziwniejszych obiektów we Wszechświecie, ale ich istnienie ma solidne podstawy teoretyczne w Ogólnej Teorii Względności Alberta Einsteina (OTW). Roger Penrose udowodnił w latach sześćdziesiątych XX wieku, że OTW prowadzi do powstawania czarnych dziur. Zostało to uhonorowane Nagrodą Nobla w dziedzinie fizyki w 2020 roku, którą laureat współdzielił z Andreą Ghez i Reinhardem Genzellem - odkrywcami gigantycznej czarnej dziury w centrum naszej Galaktyki o masie miliony razy większej niż słońce.

Naukowcy wiedzieli od jakiegoś czasu, że znacznie większe czarne dziury o masie miliardy razy większej niż Słońce istniały już kilkaset milionów lat po Wielkim Wybuchu. Nadal pozostają jednak tajemnicą dla teoretyków procesy, które doprowadziły do ​​powstania takich gigantycznych czarnych dziur, które zasilają dobrze znaną populację kwazarów tak wcześnie w historii Wszechświata.

Naukowcy podejrzewali również od pewnego czasu, że znacznie większa populacja tych starożytnych gigantycznych czarnych dziur może być ukryta przez chmury gazu i pyłu, które otaczają czarne dziury w toroidalnej strukturze. Te czarne dziury można zidentyfikować jedynie po blasku promieniowania podczerwonego ze struktury toroidalnej, która je ukrywa. Międzynarodowy zespół astrofizyków odkrył tak ukrytą gigantyczną czarną dziurę w galaktyce, która istniała już 1,4 miliarda lat po Wielkim Wybuchu. W ciągu ostatnich kilku lat zespół naukowców prowadził projekt o nazwie Herschel Extragalactic Legacy Project (HELP), w ramach którego zebrano dane z wielu teleskopów, w tym z Obserwatorium Kosmicznego ESA Hershel i Kosmicznego Teleskopu Spitzera, które obserwowały kosmos w podczerwieni. Astronomia w podczerwieni jest szczególnie trudna, ponieważ obserwacje muszą być prowadzone z kosmosu za pomocą teleskopów, które muszą być schłodzone do temperatury bliskiej -270 stopni Celsjusza.

Jednym z pierwszych obszarów nieba przeanalizowanych przez zespół HELP było pole Cosmological Evolution Survey (COSMOS), które jest jednym z najlepiej zbadanych obszarów nieba o powierzchni około dziesięciokrotnie większej niż Księżyc w pełni. Galaktyka, w której znajduje się czarna dziura, jest ledwo widoczna nawet na najgłębszym zdjęciu pola COSMOS wykonanym przez Kosmiczny Teleskop Hubble'a, który może obserwować jedynie emisję optyczną i ultrafioletową galaktyk. To, co umożliwiło odkrycie tej czarnej dziury, to fakt, że jest ona znacznie jaśniejsza w zakresie fal podczerwonych.

W tym odkryciu szczególnie ekscytujący jest fakt, że pole COSMOS, w którym odkryto galaktykę, w której znajduje się czarna dziura, jest tylko bardzo małą częścią obszaru badanego przez projekt HELP. Badanie HELP obejmuje obszar nieba, który jest około 600 razy większy. Zespół szacuje, że po zakończeniu analizy wszystkich danych HELP zostanie znalezionych znacznie więcej tych ukrytych czarnych dziur. Zespół, którym kierował profesor Andreas Efstathiou z Europejskiego Uniwersytetu Cypryjskiego, szacuje, że może istnieć co najmniej tyle samo ukrytych czarnych dziur, ile tych, które możemy zobaczyć bezpośrednio jako świecące kwazary.

Ilustracja: obraz Johna Paula Summersa

Andreas Efstathiou jest profesorem astrofizyki na Uniwersytecie Europejskim na Cyprze, a obecnie prorektorem ds. Badań i Współpracy Międzynarodowej. Jest ekspertem od modeli emisji galaktyk i ich supermasywnych czarnych dziur. Brał udział w wielu badaniach pozagalaktycznych i wykorzystywał swoje wyniki do interpretacji emisji galaktyk i wnioskowania o ich naturze.

Dr hab. Katarzyna Małek pracuje w Zakładzie Astrofizyki w Narodowym Centrum Badań Jądrowych w Polsce. Jej obecne działania badawcze koncentrują się na modelowaniu rozkładu energii widmowej galaktyk świecących w podczerwieni.

Raphael Shirley jest pracownikiem naukowym z tytułem doktora na Uniwersytecie w Southampton, który wykorzystuje szerokopasmowe badania obrazowe, aby zrozumieć powstawanie i ewolucję galaktyk. Korzysta z danych z Obserwatorium Kosmicznego Herschela i wielu innych obserwatoriów kosmicznych i naziemnych.

Oryginalna praca:
https://academic.oup.com/mnrasl/article/503/1/L11/6162174?guestAccessKey...

Oryginalny komunikat prasowy: https://blog.oup.com/2021/03/giant-hidden-black-hole-discovered-only-1-4...

Ilustracja czarnej dziury. Wizja artystyczna.