Nowe symulacje kosmologiczne opracowane przez astronomów z Uniwersytetu Maynooth pokazują, że małe „lekkie” czarne dziury we wczesnym Wszechświecie mogą rosnąć wyjątkowo szybko, co potencjalnie wyjaśnia, w jaki sposób supermasywne czarne dziury powstały wkrótce po Wielkim Wybuchu. Badanie to rozwiązuje od dawna zagadkę astronomii: jak czarne dziury ewoluowały do ogromnych rozmiarów w stosunkowo krótkim czasie.
Święto wczesnych czarnych dziur
Symulacje przedstawiają chaotyczny wczesny Wszechświat, w którym gęste i burzliwe warunki pozwalały mniejszym czarnym dziurom szybko pochłaniać otaczającą materię. Według studentki Daxala Mehty warunki te wywołały to, co naukowcy nazywają „akrecją superheddingtonowską”, czyli przyspieszone tempo zużycia, w wyniku którego czarne dziury zużywają materię szybciej, niż teoretycznie jest to możliwe.
Symulacje wykazały, że pierwsza generacja czarnych dziur, która powstała zaledwie kilkaset milionów lat po Wielkim Wybuchu, mogła urosnąć do rozmiarów dziesiątki tysięcy razy większych od naszego Słońca.
Ten szybki wzrost odpowiada na kluczowe pytanie postawione przez obserwacje Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba: w jaki sposób wczesne czarne dziury tak szybko osiągnęły tak ogromne rozmiary?
Lekkie nasiona kontra ciężkie nasiona
Czarne dziury dzieli się na dwa typy: „nasiona ciężkie” i „nasiona lekkie”. Ciężkie nasiona są masywne już w momencie narodzin, potencjalnie osiągając masę setek tysięcy mas Słońca. Z drugiej strony lekkie nasiona zaczynają się znacznie mniejsze (od dziesięciu do kilkuset mas Słońca) i muszą urosnąć, aby stać się supermasywne.
Przez wiele lat astronomowie wierzyli, że do wyjaśnienia obecności supermasywnych czarnych dziur w centrach galaktyk potrzebne są ciężkie nasiona. Jednak badania przeprowadzone na Uniwersytecie Maynooth pokazują, że czarne dziury o masach gwiazdowych „regularnej różnorodności” mogą rosnąć w ekstremalnym tempie we wczesnym Wszechświecie, jeśli istnieją odpowiednie warunki.
Implikacje dla przyszłych badań
Wyniki zmieniają nasze rozumienie pochodzenia czarnych dziur i podkreślają znaczenie symulacji o wysokiej rozdzielczości w kosmologii. Wydaje się, że wczesny Wszechświat był znacznie bardziej chaotyczny, niż wcześniej sądzono, z większą populacją masywnych czarnych dziur, niż oczekiwano.
Badania te mają również wpływ na nadchodzącą misję ESA/NASA dotyczącą interferometru laserowego (LISA), której wystrzelenie zaplanowano na 2035 r. LISA mogła wykryć fale grawitacyjne powstające w wyniku łączenia się tych wczesnych, szybko rosnących czarnych dziur, dostarczając dalszych dowodów na wyniki symulacji.
Badanie opublikowano w czasopiśmie Nature Astronomy 21 stycznia 2026 r. Wyniki potwierdzają, że wczesny Wszechświat był burzliwym okresem szybkiego wzrostu czarnych dziur, w którym nawet małe nasiona mogły stać się galaktycznymi gigantami.
