Găurile negre supermasive i-au intrigat pe astronomi de zeci de ani. Știm că ele ocupă inimile majorității galaxiilor, inclusiv ale noastre, Calea Lactee, și că pot atinge mase de câteva miliarde de ori mai mari decât cele ale Soarelui nostru. Viteza de creștere a acestora, observată chiar și în primele epoci ale Universului, rămâne un mister. Descoperirea recentă a unei găuri negre, numită LID-568, împinge din nou limitele înțelegerii noastre asupra acestor obiecte cosmice.
Când o gaură neagră atrage materia înconjurătoare, aceasta din urmă nu dispare imediat. În schimb, se acumulează în jurul său și formează un disc de acumulare. Acest disc este format în principal din gaze și praf încălzite la temperaturi extreme. Prin rotirea cu viteză foarte mare, aceste materiale generează apoi energie colosală care este eliberată sub formă de lumină vizibilă, ultravioletă și chiar raze X, ceea ce face ca discul de acreție să fie extraordinar de luminos.
Această eliberare de energie creează apoi o presiune externă, cunoscută sub numele de presiune de radiație sau presiune ușoară. Acesta din urmă acționează împotriva gravitației găurii negre care caută să atragă materia spre ea. Aici intervine limita Eddington, un fel de punct de rupere a echilibrului. Această limită determină luminozitatea maximă pe care o poate atinge gaura neagră fără ca presiunea ușoară să anuleze complet atracția gravitațională a găurii negre. Cu alte cuvinte, atunci când luminozitatea produsă de discul de acreție atinge sau depășește această limită, presiunea ușoară este suficient de puternică pentru a respinge materia din jurul găurii negre. Limita Eddington nu înseamnă doar o restricție asupra cantității de lumină emisă. De asemenea, impune o rată maximă de absorbție a materiei de către gaura neagră. Într-adevăr, dacă lumina emisă devine prea intensă, împiedică obiectul să continue să se „alimenteze” respingând gazul și praful care ar dori să pătrundă în el. Acest echilibru între gravitație și presiune ușoară acționează astfel ca o frână naturală asupra creșterii găurii negre, ceea ce împiedică discul său de acreție să devină prea dens și să provoace fluctuații violente sau instabile în mediul său. Deci, atunci când o gaură neagră emite energie dincolo de limita Eddington, ea nu mai poate crește stabil. Materialul din jur este parțial respins și rata de absorbție scade. În teoriile actuale, această limită îngreunează creșterea rapidă a unei găuri negre care nu se poate alimenta dincolo de o anumită intensitate fără a respinge materia care o înconjoară, de unde surprinderea cercetătorilor în urma descoperirii acestui nou obiect.
Identificată de o echipă de astronomi condusă de Hyewon Suh de la Observatorul Internațional Gemeni folosind Telescopul Spațial James Webb (JWST), LID-568 evoluează într-o galaxie situată la aproximativ 1,5 miliarde de ani după Big Bang. Ea a făcut obiectul unui studiu publicat în Nature Astronomy. Această gaură neagră pare să depășească în mod surprinzător limita Eddington. Absoarbe materia înconjurătoare la o rată de patruzeci de ori mai mare decât ceea ce ar permite în mod normal această limită. Această absorbție intensă produce o luminozitate extrem de ridicată.
Observarea unei găuri negre atât de îndepărtate a fost posibilă datorită tehnologiei de ultimă oră a telescopului James Webb și mai precis a spectrografului său de câmp integral NIRSpec. Acesta din urmă a permis echipei să obțină spectre (un fel de amprentă chimică și energetică) ale fiecărui pixel din câmpul vizual. Acest proces, mai precis decât spectroscopia convențională, a relevat emisia intensă de raze X emanată de LID-568. Analizând aceste date, cercetătorii au reușit să deducă prezența unor fluxuri puternice de gaz în jurul găurii negre, semne de activitate de acumulare rapidă și un mediu dinamic. Această observație, neanticipată inițial, a extins înțelegerea mecanismelor prin care găurile negre pot absorbi materia la viteze extreme.
Existența acestui obiect arată astfel că este posibil ca găurile negre să se hrănească mult mai repede decât se credea anterior, sfidând astfel teoriile consacrate asupra mecanismelor lor de creștere în Universul timpuriu. Astronomii bănuiesc că fluxurile puternice de gaz în jurul LID-568 ar putea acționa ca o supapă de sigranță. Prin disiparea unei părți din energia eliberată de această absorbție frenetică, aceste fluxuri ar permite găurii negre să continue să crească fără a deveni instabilă.
Astrofizicienii s-au întrebat de mult timp cum ar fi putut găurile negre să crească atât de repede în Universul timpuriu. Pentru a înțelege această creștere rapidă, trebuie să cunoaștem originile acestor găuri negre supermasive. Există două teorii principale pe acest subiect:
Unele găuri negre ar putea proveni din moartea primelor stele (semințe ușoare).
Altele s-ar putea forma prin prăbușirea directă a norilor gigantici de gaz (semințe grele).
Niciuna dintre aceste teorii nu a fost confirmată prin observație. Descoperirea LID-568 este astfel crucială, deoarece demonstrează că o gaură neagră poate crește foarte repede, fie dintr-o sămânță ușoară sau masivă. Prin urmare, această observație unică deschide o nouă cale de înțelegere pentru astronomi.
