Pe măsură ce telescopul spațial James Webb și-a îndreptat instrumentele spre Universul timpuriu, cercetătorii au fost surprinși de observațiile lor. Imaginile din primele aproximativ 1 miliard de ani după Big Bang au ridicat incertitudini, dar au arătat semne în tot mai multe galaxii care păreau să indice prezența nucleilor găurilor negre supermassive încă în formare.

Aceste indicii au pus sub semnul întrebării ideea că drumul clasic de formare a SMBH-urilor este suficient. Cercetătorii au explorat posibilități alternative pentru explicarea prezenței găurilor negre supermassive în Universul timpuriu.

Una dintre căile explorate este scenariul Direct Collapse Black Hole (DCBH), prin care un gaz dens și răcit din centrul galaxiilor timpurii se poate transforma direct într-o gaură neagră, fără a trece prin stadiul inițial de stea masivă. Cu toate acestea, multe întrebări rămân deschise despre mediile în care ar fi avut loc această populație DCBH și despre cum s-ar fi putut răspândi în Univers.

Povestea fuziunilor materiei întunicate și formării primelor găuri negre

Arborele fuziunilor materiei întunicate joacă un rol central în înțelegerea formării SMBH-urilor timpurii. Conform modelului ΛCDM, halourile de materie întunică se dezvoltă prin fuziuni ale unor bucăți mai mici, iar această dinamică poate facilita apariția găurilor negre la scară cosmică.

Pentru a urmări această evoluție, cercetătorii au folosit simulări N-body cu rezoluție înaltă și un sistem semi-analytic pentru a descrie creșterea găurilor negre în interiorul galaxiilor gazdă, precum și interacțiunile dintre componentele lor.

Modelarea fuziunilor a fost realizată cu un program cosmologic de tip zoom-in, utilizând codul GIZMO, în timp ce componenta baryonică a fost analizată cu instrumentul CAT, destinat interpretării semnalelor la redshift înalt și comparării diferitelor scenarii ale evoluției găurilor negre. Această abordare a permis să se urmărească mediile care pot facilita formarea DCBH, distribuția lor în timp și semnele observabile asociate, în special în apropierea quasarilor cu redshift mare.

Rezultate și observații viitoare

Conform calculelor, formarea semințelor de găuri negre prin colaps direct a fost posibilă deja cu 13,64 miliarde de ani în urmă, în primele 500 de milioane de ani după Big Bang.

Ulterior, metalizarea mediului intergalactic s-a răspândit și a încetinit această cale, ceea ce a făcut ca această formare să fie limitată în timp. Aceste rezultate susțin scenariul DCBH și deschid perspective pentru observațiile viitoare cu JWST.

Rezultatele oferă un cadru teoretic pentru a identifica mediile cele mai favorabile formării semințelor grele și pentru a estima contribuția DCBH la populația SMBH din Universul timpuriu. De asemenea, acestea sugerează că viitoarele observații ar putea identifica numeroase quasar-AGN în medii dens populate, ceea ce ar sprijini această linie de cercetare.

A fost în fruntea cercetării cercetătorul principal

Cercetarea a fost condusă de Alessandro Trinca, cercetător la Institutul de Astronomie al Universității din Edinburgh, care a coordonat echipa în studiul evoluției galaxiilor și a relațiilor acestora cu găurile negre.

La proiect au participat centre precum Como Lake Center for Astrophysics, INAF Osservatorio Astronomico di Roma și INAF Osservatorio di Astrofisica e Scienza dello Spazio di Bologna, precum și Institute of Science and Technology Austria (ISTA) și alte universități internaționale.

Cercetătorii subliniază că acest cadru poate facilita identificarea DCBH și asocierea lor cu semnele observabile în campaniile viitoare de observații, oferind o cale clară spre înțelegerea formării SMBH-urilor din Universul timpuriu.