Cea mai mare gaură neagră descoperită vreodată
Lentila gravitațională cunoscută sub numele de Potcoava cosmică, formată din două galaxii, a fost descoperită în 2007. Noi cercetări au dezvăluit prezența unei găuri negre ultramasive care conține 36 de miliarde de mase solare. Astfel, pentru prima dată, o gaură neagră ultramasivă a fost detectată folosind tehnologia lentilei gravitaționale.
În centrul unui sistem galactic enigmatic numit Potcoava cosmică, astronomii au descoperit recent o gaură neagră ultramasivă, incredibil de mare, care este de 36 de miliarde de ori masa Soarelui. Descoperirea, anunțată într-un studiu publicat în ianuarie 2025, marchează un punct de cotitură în înțelegerea găurilor negre și a rolului acestora în evoluția galaxiilor.
Conform rezultatelor studiului publicat de Royal Astronomical Society, „Această gaură neagră specială, care este de aproximativ 36 de miliarde de ori masa Soarelui nostru, este una dintre cele mai mari detectate vreodată. Este la limita dimensiunii maxime pe care o poate ajunge, teoretic, o gaură neagră. Deci, aceasta este o descoperire extrem de interesantă”, a declarat cercetătorul James Nightingale, autorul principal al studiului și cercetător la Departamentul de Fizică de la Universitatea Durham din Regatul Unit.
Această gaură neagră este găzduită într-o galaxie absolut gigantică, de 100 de ori mai mare decât Calea Lactee. Gaura neagră se află în centrul Potcoavei cosmice, o pereche de galaxii a cărei formă ciudată se datorează unui efect de lentilă gravitațională.
Potcoava cosmică este formată din două galaxii care apar una în cealaltă și sunt situate departe, foarte departe de noi. Cea mai apropiată este la aproximativ 5 miliarde de ani-lumină distanță. Cea mai îndepărtată, cea care formează arcul de cerc, se află la peste 18 miliarde de ani-lumină distanță! Acest ciudat ansamblu galactic este situat în direcția constelației Leu și a fost descoperit în anul 2007.
Potcoava cosmică
Potcoava cosmică nu este un singur obiect cosmic, ci un sistem de lentile gravitaționale. Descoperit în 2007, acest fenomen rar se produce atunci când lumina dintr-o galaxie din fundal este distorsionată și amplificată de gravitația unei alte galaxii aflate în prim-plan. Acest proces, care distorsionează imaginea galaxiei îndepărtate ca printr-o lupă, este cunoscut sub numele de lentilă gravitațională. Potcoava cosmică își ia numele de la forma inelului Einstein care se formează atunci când o galaxie îndepărtată este perfect aliniată cu o galaxie din prim-plan.
Un magnific inel Einstein aflat la 18 miliarde de ani-lumină distanță
Această formă de potcoavă este obținută printr-un așa-numit efect de lentilă gravitațională. În realitate, galaxia în formă de inel este de trei ori mai îndepărtată decât cea centrală, lumina ei fiind deviată și amplificată de masa gigantică a acesteia din urmă înainte de a ajunge la noi. Acest fenomen mai este numit și „inel Einstein”.
Efectul de miraj gravitațional: lumina dintr-o galaxie îndepărtată ia două căi diferite (în roșu) pentru a ajunge pe Pământ. În cazurile extreme, distorsiunea este de așa natură încât razele de lumină pot lua mai multe căi pentru a ajunge la un observator, care vede apoi un „miraj” cu mai multe imagini de la aceeași sursă.
În astronomie, un inel Einstein este un caz special de miraj gravitațional. Acesta rezultă din deformarea în formă de inel sau arc a unei surse de lumină, cum ar fi o galaxie, o stea, un quasar, de către un corp ceresc extrem de masiv, cum ar fi o galaxie mare sau o gaură neagră. Fotonii emiși de sursă sunt deviați de la traiectoria lor dreaptă de gravitația exercitată de corpul masiv, ca și cum ar trece printr-o lentilă. Aceasta este o lentilă gravitațională. Distorsiunea ia aspectul unui inel atunci când observatorul, lentila și sursa situată în spatele lentilei sunt perfect aliniate și când observatorul este suficient de aproape de punctul în care se formează imaginea. Fenomenul a fost numit după Albert Einstein, a cărui teorie a relativității generale a postulat existența lentilelor gravitaționale.
Galaxia responsabilă pentru o astfel de deformare, aflată în centrul Potcoavei cosmice și numită foarte puțin poetic LRG 3-757, aparține unei categorii foarte rare a super-greilor din Univers. Este o LRG (galaxie luminoasă roșie) a cărei masă este de aproape 100 de ori mai mare decât cea a Căii Lactee!
Acest fenomen a oferit deja astronomilor informații valoroase despre galaxiile situate la distanțe impresionante. Cu toate acestea, recenta descoperire a unei găuri negre ultramasive în centrul acestui sistem a adăugat o nouă dimensiune acestui obiect ceresc deja fascinant.
36 de miliarde de sori
Această gaură neagră este situată în centrul LRG 3-757, o galaxie extrem de masivă care face parte din Potcoava cosmică. Cu o masă estimată la 36 de miliarde de mase solare, această gaură neagră este una dintre cele mai masive observate vreodată. Pentru a vă face o idee, majoritatea găurilor negre supermasive observate până acum cântăresc de obicei între 100 de milioane și câteva miliarde de mase solare.
Interesant este faptul că masa enormă a găurii negre a Potcoavei cosmice nu se potrivește cu relația observată în general între masa unei găuri negre și dispersia vitezei stelelor în galaxia care o găzduiește. Într-adevăr, o lege a fizicii bine stabilită, relația MBH-σe, dintre masa găurii negre supermasive și dispersia vitezei stelare, afirmă că, cu cât masa unei găuri negre este mai mare, cu atât dispersia vitezei stelelor care o înconjoară este mai mare (adică se mișcă mai rapid și mai haotic).
Cu toate acestea, astronomii au descoperit că această gaură neagră se abate de la această regulă. Dispersia vitezei în galaxia LRG 3-757 este într-adevăr mult mai mică decât se aștepta pentru o galaxie care găzduiește o gaură neagră atât de masivă. Această abatere, numită decuplare de la relația MBH-σe, sugerează că alți factori ar putea interveni în evoluția acestui sistem particular.
De ce această decuplare este importantă?
Această decuplare pune sub semnul întrebării o viziune bine stabilită asupra evoluției galaxiilor și a găurilor lor negre. Descoperirea ridică întrebări cu privire la rolul fuziunilor galactice, a procesului de feedback al găurilor negre și a modului în care galaxiile masive evoluează în timp. Un scenariu pe care cercetătorii îl au în vedere este că LRG 3-757 ar putea face parte dintr-un grup fosil, un fel de rămășiță a unui grup de galaxii care a încetat să se formeze cu mult timp în urmă, ceea ce ar explica dipersia redusă a vitezei.
Grupurile fosile sunt structuri rare formate din galaxii masive izolate. Aceste galaxii adesea au încetat să formeze stele, ceea ce le face mai vechi și mai puțin dinamice. Dacă LRG 3-757 face parte dintr-un grup fosil, acest lucru ar putea explica de ce galaxia este mai calmă decât se aștepta pentru o galaxie care conține o gaură neagră atât de masivă.
O altă ipoteză se bazează pe fuziuni galactice. Când două galaxii masive fuzionează, poate avea loc un proces numit raclaj. Acesta implică expulzarea stelelor din regiunile centrale ale galaxiei care fuzionează, ceea ce ar putea reduce dispersia vitezei stelelor, păstrând în același timp masa găurii negre. Acest fenomen ar putea contribui și la decuplarea observată în relația MBH-σe.
În concluzie, descoperirea găurii negre ultramasive din Potcoava cosmică, are implicații profunde pentru înțelegerea găurilor negre și a relației lor cu galaxiile. Această descoperire nu numai că pune sub semnul întrebării unele modele actuale, dar deschide și calea către noi cercetări.
Una dintre cele mai mari găuri negre din întregul Univers
Imagine realizată de un artist a unei găuri negre supermasive active și a jeturilor puternice emise
Într-o astfel de galaxie, astronomii se așteptau la prezența unei găuri negre centrale de masă extraordinară, mult mai mare decât Sagittarius A* din centrul Căii Lactee (4 milioane de mase solare). Și în această privință, nu au fost dezamăgiți, deloc! Acest căpcăun cosmic figurează chiar în top 10 al celor mai masive obiecte observate vreodată de telescoapele acuale. „Cântărește” aproximativ 36 de miliarde de mase solare și are o rază de aproximativ 100 de miliarde de kilometri… Nu mai este nici măcar o așa-numită gaură neagră supermasivă, ci ultramasivă.
Pentru a detecta un astfel de obiect astrofizic atât de îndepărtat, astronomii au folosit viteza stelelor din bulbul galaxiei. Bulbul galactic este partea centrală a galaxiilor spirale, situat în disc și care înconjoară nucleul galactic. Este o zonă luminoasă și relativ densă compusă în general din stele bătrâne bogate în metale, dar uneori și din stele tinere în formare. Bulbul galactic conține și o gaură neagră supermasivă.
Cu cât stelele se mișcă mai repede și mai haotic, cu atât masa obiectului central este mai mare. Acest instrument de „dispersie a vitezei”, combinat cu legile lui Kepler, a făcut posibilă deducerea unei mase pentru această gaură neagră.
Misiunea europeană Euclid a ESA (European Space Agency) ar trebui să identifice alte inele Einstein precum acesta, ajutând astfel la o mai bună înțelegere a prezenței unor astfel de găuri negre enorme și atât de îndepărtate / timpurii în Univers.
Cum se formează aceste găuri negre?
Deși majoritatea galaxiilor mari au o gaură neagră supermasivă în centrul lor, originea formării acestor găuri negre este încă dezbătută pe scară largă de oamenii de știință. Unii cred că s-au format din fuziunea galaxiilor cu miliarde de ani în urmă. De fiecare dată când o galaxie fuzionează cu alta, stele masive mor și se prăbușesc în sine, creând o supernovă (implozia unei stele). Restul materiei se concentrează și formează treptat o gaură neagră stelară. Oamenii de știință cred că găurile negre supermasive se formează dintr-o gaură neagră stelară, încorporând toate stelele din jurul ei și crescându-și dramatic masa de-a lungul miliardelor de ani.
Dar alți oameni de știință pun la îndoială această teorie și cred că ar fi necesară o densitate foarte mare de stele în imediata apropiere pentru a atinge o asemenea dimensiune. Aceștia cred că astfel de găuri negre s-au format rapid în înteriorul cvasi-stelelor de la începutul formării Universului.
Lentila gravitațională
Acest colos cosmic este ascuns în spatele unui grup de galaxii numit Abell 1201 și este situat la aproximativ 2,7 miliarde de ani-lumină de Pământ. A fost detectat datorită fenomenului de lentilă gravitațională. Lumina obiectelor îndepărtate care ajunge la noi este distorsionată de obiectele masive aflate în prim-planul imaginilor surprinse de telescoape.
Aici, clusterul de galaxii Abell 1201 din prim plan este atât de masiv încât deformează spațiu-timpul. Acest lucru face ca lumina galaxiilor din fundal să se îndoaie și să se distorsioneze, creând un efect de lupă. Această tehnică permite astronomilor să repereze multe obiecte îndepărtate, precum galaxiile, formarea stelelor sau această gaură neagră ultramasivă. Este prima gaură neagră descoperită folosind lentila gravitațională.
Această tehnică, nouă, dar binecunoscută oamenilor de știință, a permis recent telescopului James Webb să descopere o galaxie „hipocamp” (căluț de mare) foarte îndepărtată.
Analizând curbele luminii distorsionate de grupul de galaxii, astronomii au reușit să estimeze dimensiunea, masa și distanța aproximativă a găurii negre. Simulări pe un supercomputer și imagini surprinse de telescopul spațial Hubble au confirmat dimensiunea acesteia.
„Lentilele gravitaționale permit studierea găurilor negre inactive, ceea ce nu era posibil în galaxiile îndepărtate. Această abordare ar putea permite detectarea mai multor găuri negre dincolo de universul nostru local și să dezvăluie modul în care aceste obiecte au evoluat de-a lungul timpului cosmic”, a declarat Nightingale. Potrivit cercetătorilor, această tehnică deschide posibilitatea de a descoperi alte găuri negre supermasive inactive în universul îndepărtat și de a înțelege cum au devenit atât de mari.
Efectul de lentilă gravitațională este unul dintre numeroasele predicții ale Relativității Generale, care a dus la crearea unui întreg domeniu de cercetare în astrofizică datorită utilității sale în cosmologie și în studiul celor mai îndepărtate galaxii din Univers. Utilizarea „telescoapelor gravitaționale” oferă astronomilor observații și măsurători care sunt avangarda a ceea ce va fi posibil doar cu telescoape mult mai puternice.
© CCC