NASA przygotowuje się do wystrzelenia rzymskiego teleskopu kosmicznego Nancy Grace. Datę premiery zaplanowano na 30 sierpnia 2026 r.. Może się to jednak wydawać nieco spóźnione w historii Wszechświata. W tym momencie teleskop będzie mógł zajrzeć w burzliwą erę znaną jako „kosmiczne południe”.
Stało się to 11–12 miliardów lat temu. Chaotyczne czasy. Niespokojny czas.
To właśnie w tej epoce czarne dziury rozdzierały gwiazdy. Takie zdarzenia nazywane są zdarzeniami zakłóceń pływowych (TDE ). Zawierają klucz do rozwiązania jednej z największych zagadek astronomii: w jaki sposób czarne dziury stały się tak masywne w tak krótkim czasie?
Zakłócenia pływowe wyjaśniają „brakującą lukę”
Rozumiemy mechanikę tego procesu. Kiedy gwiazda zbytnio zbliży się do supermasywnej czarnej dziury, grawitacja przejmuje kontrolę. Czarna dziura wyciąga gwiazdę, co często nazywa się „spaghettyfikacją”. Gwiazda zostaje rozerwana na strzępy, plazma wiruje, czarna dziura pochłania materię.
To jest chaotyczny proces. Towarzyszy temu jasny błysk. Tylko w ten sposób można zobaczyć jaśniejsze czarne dziury.
Supermasywne czarne dziury są zwykle ukryte za horyzontem zdarzeń; światło nie może uciec. Można je zobaczyć tylko wtedy, gdy wchłoną substancję. I nie wszystkie czarne dziury są „głodne” przez cały czas.
Lżejsze czarne dziury – te o masach od 100 000 do 100 milionów mas Słońca – są wybredne. Nie pochłaniają materii w sposób ciągły. Wpadają w stan spoczynku. Dopóki gwiazda nie popełni fatalnego błędu.
W tym miejscu w grę wchodzą zakłócenia pływowe. Rozbłyskują tak jasno, że przyćmiewają całą galaktykę macierzystą. Włączają światło dla czarnych dziur, które w przeciwnym razie pozostałyby niewidoczne.
Ale oto tajemnica. Poprzednie badania wskazywały, że takie zdarzenia były rzadkie we wczesnym Wszechświecie. Dlaczego? Uważano, że wczesne czarne dziury były zbyt małe, aby rozrywać gwiazdy. Zbyt mała masa oznaczała brak sił pływowych. Żadnych zakłóceń pływowych.
Nowe dane sugerują co innego. Niedawne badania sugerują, że zakłócenia pływowe mogły być powszechne podczas „kosmicznego południa”, czyli 1 do 2 miliardów lat po Wielkim Wybuchu.
Strategia przeglądu rzymskiego teleskopu
Na scenę wkracza rzymski teleskop kosmiczny.
To nie jest kolejny następca Hubble’a. To jest specjalistyczne narzędzie. W ramach kampanii badania w dziedzinie czasu na dużych szerokościach geograficznych będą wielokrotnie obserwowane połacie nieba. Obszar pokrycia jest równy obszarowi 90 pełni księżyców.
I będzie to robił wiele razy.
Dlaczego obserwacje należy powtarzać? Ponieważ stany przejściowe — zdarzenia, które wybuchają i zanikają — są krótkotrwałe. „Roman” musi ich złapać w momencie zmiany.
Naukowcy szacują, że teleskop będzie co roku wykrywał tysiące zakłóceń pływowych. I nie tylko najbliższym. Setki z nich pochodzą z epoki kosmicznego południa.
„Rzymski Teleskop Kosmiczny będzie przełomowy dla nauki o charakterze przejściowym” – powiedział Mitchell Carmen. „Będziemy w stanie znaleźć wiele zdarzeń związanych z zakłóceniami pływowymi na większych odległościach i we wcześniejszych epokach kosmologicznych niż kiedykolwiek wcześniej”.
Pracuje na Uniwersytecie Johnsa Hopkinsa. On wie, o czym mówi.
To ma znaczenie. Nie chodzi tylko o liczenie zdarzeń. Chodzi o liczenie właściwych zdarzeń.
Rozwiązanie zagadki wzrostu czarnej dziury
Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST ) przesyła dane od lipca 2022 r. To, co odkrył, sprawia astronomom problemy.
Webb w dalszym ciągu znajduje we Wszechświecie supermasywne czarne dziury, które miały mniej niż 1 miliard lat.
Pomyśl o tej skali czasu. Miliard lat. To wszystko. Aby osiągnąć takie masy – miliony lub miliardy mas Słońca – czarne dziury wymagają czasu. Potrzebują fuzji. Potrzebują jedzenia. W standardowych modelach miliard lat to za mało.
Gdyby tylko… nasiona były inne.
Istnieją dwie główne teorie na temat pochodzenia tych potworów.
Teoria nasion światła
Jest to model zapadania się gwiazd. Masywne gwiazdy giną poprzez zapadanie się w małe czarne dziury. Rozpoczynają swoje życie z masą zaledwie kilkuset mas Słońca.
Następnie absorbują tę sprawę. Łączą się. Rosną szybko. Ale zaczynają od małych rzeczy.
Jeśli to prawda, wczesny Wszechświat powinien być pełen tych czarnych dziur o średniej masie. A jeśli są one pośrednie, powinny powodować zakłócenia pływowe.
Teoria ciężkich nasion
Ta opcja jest prostsza. Nie potrzeba żadnych gwiazdek. Po prostu gigantyczne obłoki pierwotnego gazu i pyłu zapadają się bezpośrednio w czarne dziury.
Zaczynają od dużych rzeczy. Prawdopodobnie o masach tysięcy mas Słońca. Pomijają etap małych rozmiarów. Rosną od pierwszego impulsu.
Ale ten proces jest rzadki. Wymaga specyficznych, gęstych warunków. Jeśli regułą są ciężkie nasiona, wówczas pojawiające się czarne dziury – i powodowane przez nie zakłócenia pływowe – powinny być rzadkie w kosmiczne południe.
Jak więc wybrać?
Należy obliczyć zakłócenia pływowe.
Jeśli Roman wykryje w tej epoce tysiące zakłóceń pływowych, wskaże to łatwe nasiona. Czarne dziury były powszechne, wyrastały z pozostałości gwiazd i rozdzierały gwiazdy.
A co jeśli ilość jest mała? Najprawdopodobniej główną ścieżką są ciężkie nasiona. Czarne dziury wyrosły w wyniku całkowitego zapadnięcia się, pozostawiając niewiele obiektów mogących spowodować zniszczenie.
Rozpoczyna się polowanie
Powieść nie tylko potwierdzi te teorie. On je wyjaśni.
Wysoka czułość teleskopu pozwala dostrzec słabe, odległe rozbłyski. Wybłyski, które Hubble, a nawet Webb mogą przegapić. Poluje na duchy wczesnych galaktyk.
I robi to skutecznie.
Podczas kosmicznego południa niebo jest przepełnione. Galaktyki łączą się. Gaz płynie. To jest burzliwe środowisko. Czarne dziury są aktywne. Gwiazdy wpadają.
„Roman” przygląda się bezpośrednio temu zamieszaniu.
Czy znajdzie łatwe nasiona? A może ciężkie nasiona utrzymają swoją pozycję? Dane dadzą odpowiedź.
I da to, patrząc, jak rozpada się niebo. Wciąż. I znowu.
