_ Deblocarea secretelor primii quasari: cum sfidează legile fizicii pentru a crește

Într-un articol publicat în Astronomy & Astrophysics jurnal, noi dovezi sugerează cum găurile negre supermasive, cu mase de câteva miliarde de ori mai mari decât cele ale soarelui nostru, s-au format atât de rapid în mai puțin de un miliard de ani după Big Bang.

Studiul, condus de cercetătorii din cadrul Institutul Național de Astrofizică (INAF), a analizat un eșantion de 21 de quasari, printre cei mai îndepărtați descoperiți vreodată, observați în banda de raze X de către spațiul XMM-Newton și Chandra. telescoape.

Rezultatele sugerează că găurile negre supermasive din centrul acestor quasari titanici, formate pentru prima dată în timpul zorilor cosmice, ar putea să fi atins mase extraordinare printr-o acreție foarte rapidă și intensă, oferind astfel o explicație plauzibilă. pentru existența lor în stadiile incipiente ale universului.

Quasarii sunt galaxii active alimentate de găurile negre supermasive centrale (cunoscute sub numele de galaxie activă). nuclee), care emit o cantitate enormă de energie pe măsură ce atrag materia. Sunt extrem de luminoase și îndepărtate de noi. În special, quasarii examinați în acest studiu sunt printre cele mai îndepărtate obiecte observate vreodată, datând din vremea când universul avea mai puțin de un miliard de ani.

În această lucrare, analiza lui X- emisiile de raze de la aceste obiecte au dezvăluit un comportament complet neașteptat al găurilor negre supermasive din centrul lor: a apărut o legătură între forma emisiei de raze X și viteza vântului materiei. ejectat de quasari.

Această relație leagă viteza vântului, care poate atinge mii de kilometri pe secundă, de temperatura gazului din coroană, regiunea care emite raze X cea mai apropiată de gaura neagră. . Astfel, corona s-a dovedit a fi conectată la mecanismele puternice de acumulare ale găurii negre în sine.

Quasarii cu emisie de raze X cu energie scăzută și, prin urmare, o temperatură mai scăzută în coroană, arată vânturi mai rapide. Aceasta indică o fază de creștere foarte rapidă care depășește o limită fizică pentru acumularea de materie numită „limita Eddington”, motiv pentru care această fază este numită „super-Eddington”. În schimb, quasarii cu emisii de raze X de energie mai mare tind să prezinte vânturi mai lente.

„Lucrările noastre sugerează că găurile negre supermasive din centrul primilor quasari s-au format în primul miliard de ani de viață a universului. este posibil să-și fi crescut masa foarte rapid, provocând limitele fizicii”, spune Alessia Tortosa, autorul principal al studiului și cercetător la INAF. la Roma.

„Descoperirea acestei conexiuni între emisia de raze X și vânturi este crucială pentru înțelegerea modului în care s-ar fi putut forma găuri negre atât de mari într-un timp atât de scurt, oferind astfel un indiciu concret pentru a rezolva una dintre cele mai mari mistere ale astrofizicii moderne.”

Rezultatul a fost obținut în principal prin analiza datelor colectate cu telescopul spațial XMM-Newton al Agenției Spațiale Europene (ESA), care a permis aproximativ 700 de ore de observații ale quasarelor.

Majoritatea datelor, colectate între 2021 și 2023 în cadrul Programului Multianual XMM-Newton Heritage, sub conducerea lui Luca Zappacosta, cercetător la INAF în Roma, face parte din proiectul HYPERION, care își propune să studieze quasarii hiperluminoși în zorii cosmici ai universului. Campania extinsă de observare a fost condusă de o echipă de oameni de știință italieni.

„În programul HYPERION, ne-am concentrat pe doi factori cheie: pe de o parte, selecția atentă a quasarelor de observat, alegerea titanilor, adică cele care acumulaseră cât mai multă masă și, pe de altă parte, studiul aprofundat al proprietăților lor în raze X, ceva niciodată încercat până acum asupra unui număr atât de mare de obiecte din cosmic. zori”, spune Luca Zappacosta, cercetător la INAF din Roma.

„Am lovit jackpot-ul! Rezultatele pe care le obținem sunt cu adevărat neașteptate și toate indică un mecanism de creștere super-Eddington al găurilor negre.”

Acest studiu oferă perspective importante pentru viitoarele misiuni cu raze X, cum ar fi ATHENA (ESA), AXIS și Lynx (NASA), care sunt programate pentru lansare între 2030 și 2040.

The rezultatele obținute vor fi utile pentru perfecționarea instrumentelor de observație de generație următoare și pentru definirea unor strategii mai bune de investigare a găurilor negre și a nucleelor ​​galactice active în raze X la epoci cosmice mai îndepărtate. Acestea sunt elemente cheie pentru înțelegerea formării primelor structuri galactice din universul primordial.

(Fluierul)