Imediat după ce a devenit operațional, telescopul spațial James Webb (JWST) a deschis o nouă fereastră asupra Universului timpuriu, permițând astronomilor să facă descoperiri fără precedent. Una dintre cele mai interesante se referă la observarea găurilor negre supermasive în primul miliard de ani după Big Bang. Acești giganți cosmici, precum cel identificat în centrul quasarului J1120+0641, provoacă teoriile actuale referitoare la formarea și evoluția găurilor negre supermasive, datorită masei ei enorme, atingând de miliarde de ori mai mult decât a Soarelui, în ciuda lipsei aparente de mecanisme pentru alimentarea lor.
Găurile negre supermasive observate de telescopul spațial James Webb (JWST) reprezintă o provocare fascinantă pentru astronomi. Unul dintre cele mai izbitoare exemple este gaura neagră din inima galaxiei J1120+0641, observată la aproximativ 770 de milioane de ani după Big Bang, atunci când Universul avea doar 5% din vârsta sa actuală. Cu o masă de un miliard de ori mai mare decât cea a Soarelui, aceste obiecte colosale reprezintă un adevărat puzzle. Conform modelelor tradiționale, creșterea unei găuri negre la astfel de dimensiuni necesită procese continue de fuziune și acumulare pe o scară de timp de cel puțin un miliard de ani. Acest lucru implică faptul că găurile negre supermasive identificate într-un Univers atât de tânăr nu au avut suficient timp pentru a-și atinge dimensiunea actuală prin procese cunoscute.
Pentru a explica această creștere rapidă, o ipoteză propune că aceste găuri negre supermasive primordiale au trecut printr-o perioadă de frenezie de hrănire ultra-eficientă. Conform acestei teorii, aceste găuri negre ar fi fost capabile să acumuleze materie cu o rată excepțional de mare, depășind limitele obișnuite impuse de procesele standard de creștere. Cu toate acestea, observațiile JWST au arătat că găurile negre supermasive primordiale, inclusiv cea din centrul lui J1120+0641, aveau discuri de acreție și nori de gaz și praf similare cu cele ale găurilor negre mai recente. Rezultatele au fost prezentate într-un articol publicat în Nature Astronomy.
Imaginați-vă inele de materie care se rotesc în jurul găurii negre, unde materia se învârte încet spre interior pentru a fi înghițită. Asemănarea dintre aceste structuri și cele observate în găurile negre mai recente sugerează atunci că procesele de hrănire nu au fost neapărat mai eficiente în Universul timpuriu, contrazicând astfel ipoteza unei perioade frenetice de hrănire. Mai mult, emisiile de lumină de la acești quasari, atât de strălucitoare încât să eclipseze lumina combinată a stelelor din jur, exercită o presiune de radiație care ar putea chiar limita cantitatea de materie care poate fi acumulată de gaura neagră, un fenomen cunoscut sub numele de limita Eddington. Acesta sugerează că, cu cât o gaură neagră se alimentează mai repede, cu atât presiunea radiației crește, împingând materia afară și limitând astfel viteza cu care gaura neagră poate continua să crească. Deci, cum putem explica prezența acestor „monștri cosmici”?
O diferență notabilă evidențiată de JWST este temperatura prafului din torul care înconjoară discul de acreție al lui J1120+0641. La aproximativ 1.130 de grade Celsius, este cu aproximativ o sută de grade mai mare decât cea observată în jurul găurilor negre supermasive mai recente. Această diferență de temperatură ar putea indica condiții diferite din Universul timpuriu care ar fi permis o creștere mai rapidă a acestor găuri negre, deși mecanismele exacte din spatele acestei observații rămân de explorat.
De asemenea, astronomii explorează noi teorii. O ipoteză favorizată este cea a ”semințelor” masive. Conform acestei teorii, găurile negre supermasive ale cosmosului timpuriu s-ar fi format din semințe care erau deja considerabil de masive, de ordinul a o sută de mii de ori masa Soarelui. Acesta din urmă s-ar fi putut forma direct odată cu prăbușirea norilor de gaz extrem de masivi din Universul timpuriu, eludând astfel limitările impuse de modelele de creștere progresivă prin acumularea de materie și fuziunile galaxiilor.
Pe scurt, găurile negre supermasive ale cosmosului timpuriu, observate datorită capacităților JWST, ne provoacă înțelegerea a evoluției galaxiilor și găurilor negre. Existența lor sugerează că procesele de formare și creștere ale primelor găuri negre au fost mai complexe și mai diverse decât sugerează modelele actuale.
