Dotychczas astronomowie wykryli ponad 100 supermasywnych czarnych dziur, które powstały, kiedy wszechświat miał mniej niż miliard lat. Standardowe modele fizyczne nie dopuszczają powstania olbrzymich obiektów w tak szybkim czasie i w tak wczesnej fazie życia wszechświata. Te czarne dziury nie miały odpowiednio dużo czasu, aby „połknąć” tak dużo materii, żeby utyć do tak wielkich rozmiarów. Jeszcze do niedawna uważano, że jest ich tylko kilka i są one ewenementem. Jednak obserwacje przeprowadzone przy użyciu teleskopu z Las Campas w Chile dowiodły, że tego rodzaju supermasywnych czarnych dziur, powstałych w wieku niemowlęcym wszechświata, jest znacznie więcej, niż przypuszczano. W „normalnych warunkach” okres akumulacji tak wielkiej masy tych obiektów zająłby przynajmniej 8 miliardów lat. Tymczasem 100 dotychczas odkrytych olbrzymich czarnych dziur pozyskało swoją masę w ciągu „zaledwie” kilkuset milionów lat.
Żarłoki bez apetytu
Żeby wyjaśnić tę zagadkę, astronomowie zmierzyli współczynnik Eddingtona dla 20 supermasywnych czarnych dziur, który pozwolił na określenie ilości energii, którą ciała te emitują w określonej jednostce czasu. Dzięki temu można było zmierzyć, jak szybko czarna dziura „pożera” materię ze swojego otoczenia. Ale zamiast odpowiedzi pojawiło się jeszcze więcej pytań. Zespół koreańskich astronomów pod kierownictwem profesora Muyshinga Ima z Uniwersytetu Narodowego w Seulu wykrył bowiem, że nie wszystkie czarne dziury pochłaniają otaczającą je materię z jednakową szybkością. Bardzo stare, supermasywne czarne dziury uformowane w ciągu pierwszego miliarda lat po Wielkim Wybuchu „pożerają” otaczającą je materię znacznie wolniej niż podobne obiekty powstałe miliardy lat później. A to oznacza, że przyrost ich masy powinien być jeszcze dłuższy niż sądzono. Skonsternowani tym odkryciem koreańscy naukowcy zaczęli poszukiwać odległych kwazarów. Prace ruszyły w październiku 2015 roku w Obserwatorium Las Campas w Chile.
Kosmiczny żłobek
Astrofizycy odkryli IMS J2204+0112 – czarną dziurę o masie miliard razy większej od Słońca, pożerającą materię otoczenia dziesięć razy wolniej niż inne czarne dziury. Zdumiewa, że ten kosmiczny potwór, mimo braku „apetytu”, zdążył zgromadzić swoją olbrzymią masę w ciągu 940 milionów lat po Wielkim Wybuchu, a więc przynajmniej osiem razy szybciej, niż zakładają to znane nam mechanizmy powstawania tego typu obiektów. Ale IMS J2204+0112 wcale nie jest rekordzistką. Fizyk Chiara Mazzucchelli z Instytutu Astronomii im. Maxa Plancka w Niemczech odkrył 11 supermasywnych czarnych dziur, które powstały w okresie, kiedy wszechświat miał zaledwie 800 milionów lat, a więc w fazie tworzenia się pierwszych systemów gwiezdnych. Prawdziwym szokiem dla naukowców było jednak odkrycie czarnej dziury oznakowanej jako HSC J1 205-0000, której proces zasilania w materię jest najwolniejszy w znanym nam wszechświecie (zaledwie 6 procent szybkości pożerania materii przez inne czarne dziury), a mimo to ma ona gigantyczną masę 4,7 miliarda mas Słońca. Rozwiązanie zagadki tak błyskawicznego wzrostu supermasywnych czarnych dziur zaproponował astronom Avi Loeb z Uniwersytetu Harvarda. Uważa on, że obiekty te powstały ze świeżo uformowanych gwiazd, narodzonych w obłokach gazowych początkowego wszechświata. Takie gwiazdy mogły błyskawicznie „pęcznieć” do rozmiarów od 100 do 1000 razy większego od promienia Słońca. Następnie łączyły się w pojedynczą supermasywną gwiazdę 10 tysięcy razy większą od Słońca, która zapadała się, tworząc czarną dziurę. Taki obiekt naukowcy nazwali „ziarnem” (ang. supermassive seed), z którego „wyrastała” w znacznie krótszym czasie niż zazwyczaj olbrzymia czarna dziura.
