A fekete lyuk tömege körülbelül egymilliárdszorosa a Napénak, és körülbelül 12,8 milliárd fényévnyire található a Földtől, ami azt jelenti, hogy a csillagászok mindössze 920 millió évvel az univerzum kezdete után látják. Több röntgensugarat bocsát ki, mint bármely más fekete lyuk, amelyet az univerzum első milliárd évében láttak.

A fekete lyuk egy kvazárnak nevezett objektumot működtet, amely rendkívül fényes, és egész galaxisokat túlragyog. Ennek a ragyogó szörnyetegnek az energiaforrása a fekete lyuk körül keringő és abba belépő nagy mennyiségű anyag.

Bár ugyanaz a csapat fedezte fel két évvel ezelőtt, 2023-ban a Chandra űrteleszkóp megfigyeléseit használták fel annak kiderítésére, hogy mi különbözteti meg ezt a kvazárt, az RACS J0320-35-öt a többitől. A röntgenfelvételek azt mutatják, hogy ez a fekete lyuk olyan ütemben növekszik, amely meghaladja az ilyen objektumok normális növekedési határértékét.

„Kissé megdöbbentő volt látni, hogy ez a fekete lyuk ugrásszerűen növekszik” – mondta Luca Ighina, a massachusettsi Cambridge-i Asztrofizikai Központ | Harvard & Smithsonian munkatársa, a tanulmány vezetője.

Amikor az anyagot egy fekete lyuk felé vonzzák, az felmelegszik és intenzív sugárzást bocsát ki széles spektrumban, beleértve a röntgensugarakat és az optikai fényt. Ez a sugárzás nyomást gyakorol a beeső anyagra. Amikor a beeső anyag sebessége eléri a kritikus értéket, a sugárzási nyomás kiegyenlíti a fekete lyuk gravitációját, és az anyag normális esetben nem tud gyorsabban befelé zuhanni. Ezt a maximumot Eddington-határnak nevezik.

A tudósok úgy vélik, hogy az Eddington-határértéknél lassabban növekvő fekete lyukaknak körülbelül 10 000 Napnak megfelelő vagy annál nagyobb tömeggel kell születniük, hogy az ősrobbanás után egymilliárd éven belül elérhessék az egymilliárd naptömeget – ahogyan azt az RACS J0320-35 jelű tanulmány is megfigyelte. Egy ilyen nagy születési tömegű fekete lyuk közvetlenül egy egzotikus folyamat eredménye lehet: egy hatalmas, sűrű gázfelhő összeomlása, amely szokatlanul kis mennyiségű, a héliumnál nehezebb elemet tartalmaz – olyan körülmények, amelyek rendkívül ritkák lehetnek.

Ha az RACS J0320-35 valóban nagy ütemben növekszik – a becslések szerint az Eddington-határérték 2,4-szeresével –, és ezt tartósan teszi, akkor a fekete lyuka hagyományosabb módon, száz Napnál kisebb tömeggel kezdődhetett, egy hatalmas csillag berobbanása következtében.

„A fekete lyuk tömegének ismeretében és a növekedési sebességének kiszámításával visszafelé haladva meg tudjuk becsülni, mekkora lehetett a tömege születésekor” – mondta Alberto Moretti, az olaszországi INAF-Osservatorio Astronomico di Brera űrközpont munkatársa, a tanulmány társszerzője. „Ezzel a számítással most már tesztelhetünk különböző elképzeléseket a fekete lyukak születéséről.”

Annak kiderítésére, hogy milyen gyorsan növekszik ez a fekete lyuk (évente 300 és 3000 Nap között), a kutatók összehasonlították az elméleti modelleket a Chandra röntgenspektrumával, amely a különböző energiájú röntgensugarak mennyiségét adja meg. Azt találták, hogy a Chandra-spektrum szorosan megegyezik azzal, amit az Eddington-határértéknél gyorsabban növekvő fekete lyuk modelljeitől vártak. Az optikai és infravörös fényből származó adatok is alátámasztják azt az értelmezést, hogy ez a fekete lyuk gyorsabban tömörödik, mint ahogy azt az Eddington-határérték megengedi.

„Hogyan hozta létre az univerzum a fekete lyukak első generációját?” – kérdezte a tanulmány társszerzője, Thomas of Connor, aki szintén az Asztrofizikai Központ munkatársa. „Ez továbbra is az asztrofizika egyik legnagyobb kérdése, és ez az egy objektum segít megtalálni a választ.”

Egy másik tudományos rejtély, amelyet ez az eredmény megválaszol, a részecskesugarak okával kapcsolatos, amelyek egyes fekete lyukakból közel fénysebességgel távolodnak, ahogyan azt az RACS J0320-35 jelű objektumban is megfigyelték. Az ilyen sugarak ritkák a kvazárok esetében, ami azt jelentheti, hogy a fekete lyuk gyors növekedési üteme valahogy hozzájárul ezen sugarak létrejöttéhez.

A kvazárt korábban egy rádiótávcső-felmérés részeként fedezték fel, amelyben az Australian Square Kilometer Array Pathfinder műszert használták, valamint a Dark Energy Camera optikai adatait. A Dark Energy Camera a chilei Cerro Tololo Amerika-közi Obszervatóriumban található Victor M. Blanco 4 méteres teleszkópra szerelt műszer. Az RACS J0320-35 pontos távolságának meghatározásához az Egyesült Államok Nemzeti Tudományos Alapítványának Nemzeti Optikai-Infravörös Csillagászati ​​Kutatólaboratóriumának a chilei Cerro Pachonon található Gemini-South teleszkópját használták.

Az eredményeket ismertető cikket elfogadták közlésre az Astrophysical Journalban, és itt érhető el.

A Chandra programot a NASA Marshall Űrrepülési Központja irányítja Huntsville-ben (Alabama). A Smithsonian Asztrofizikai Obszervatórium Chandra Röntgenközpontja Cambridge-ből irányítja a tudományos műveleteket, a massachusettsi Burlingtonból pedig a repülési műveleteket. (NASA)

Címlapkép: Egy művész elképzelése egy szupermasszív fekete lyukról, egy körülötte lévő anyagkorongról, amely a fekete lyuk felé zuhan, és egy részecskéket tartalmazó sugárról, amely közel fénysebességgel távolodik. Ez a fekete lyuk egy nemrég felfedezett, fekete lyuk által működtetett kvazárt ábrázol. Az új Chandra-megfigyelések azt mutatják, hogy a fekete lyuk olyan ütemben növekszik, amely meghaladja a fekete lyukak szokásos határértékét, az úgynevezett Eddington-határt. Kép ​​forrása: NASA/CXC/SAO/M. Weiss - Röntgen: NASA/CXC/INAF-Brera/L. Ighina et al.; Illusztráció: NASA/CXC/SAO/M. Weiss; Képfeldolgozás: NASA/CXC/SAO/N. Wolk