Existenţa găurilor negre cu mase care variază între cele mai mici şi cele mai mari de miliarde de ori, rămâne încă un mister. Recent, în urma observaţiilor astronomice dar şi a unor noi simulări pe calculator, s-au făcut progrese în explicarea modului în care găurile negre cresc, până la mase de multe miliarde de ori cea a Soarelui.

În Univers au fost descoperite găuri negre care au mase şi deci şi dimensiuni foarte diferite: de la cele cu mase de zeci de ori a Soarelui până la cele care „cântăresc” mai mult de zece miliarde de ori cât Soarele. Cum au reuşit să crească asemenea monştri? Noi studii arată cum găurile negre au evoluat şi crescut în mod diferit în funcţie de cât de repede au luat naştere în istoria Universului după Big Bang. Rezutaltele studiului efectuat de Fabio Pacucci şi Abraham Leob de la Center for Astrophysics (Harvard, Cambrige) şi Black Hole Initiative, au fost recent publicate într-un articol în revista The Astrophysical Journal.

Să vedem deci despre ce este vorba. Găurile negre cu mase enorme, cele de zeci de miliarde de ori masa Soarelui, se găsesc de obicei la distanţe faţă de noi de miliarde de ani lumină – până la 13 miliarde ani-lumină, ceea ce înseamnă că au luat naştere la relativ puţin timp după Big Bang, care a avut loc acum circa 13.8 miliarde de ani. Găurile negre de acest gen ar fi putut lua naştere prin devorarea de materie dar şi din unirea mai multor găuri negre, masa acestora transformându-se aproape în întregime în masa noii găuri negre care rezultă după unirea celor două iniţiale. O parte din masă se trasformă în unde gravitaţionale şi se speră că din ce în ce mai multe unde gravitaţionale vor fi descoperite cu antenele gravitaţionale LISA şi VIRGO. Simulările efectuate de cei doi cercetători arată cum că găurile negre îndepărtate cu mase mari ar fi putut lua naştere nu în urma morţii stelelor cu mase mai mari ca cea a Soarelui, ci din colapsul gravitaţional direct a unui nor de gaz cu masa de circa 100.000 ori cea a Soarelui. Deci imediat după Big Bang ar fi putut lua naştere galaxii foarte mari, cu cantităţi de gaz importante în centru, care ar fi colapsat direct în găuri negre foarte mari. În plus, simulările arată şi cum că acest tip de găuri negre enorme s-ar fi putut forma inclusiv prin ciocniri şi uniri de galaxii – găurile negre din centrul acestora dând naştere unor găuri negre de miliarde de ori mai grele decât Soarele.

Găuri negre mai mici dar şi mai apropiate de noi, au mase de cateza zeci de ori cea a Soarelui. Acestea pot creşte atât prin unirea a două găuri negre mai mici cât şi prin „înghiţirea” de materie precum praful interstelar sau chiar şi a stelelor care ajug prea aproape de o gaură neagră fiind absorbite de aceasta. În acest caz atracţia gravitaţională exercitată de gaura neagră duce la ionizarea şi accelerarea intensă a materiei, dând naştere la câmpuri electromagnetice intense şi deci la emisia de radiaţie, inclusiv raze X (adică fotoni cu energia de mii de ori mai mare ca cea a luminii vizibile).

Această radiaţie emisă deci de materia care cade în interiorul găurilor nerge, apropiate sau îndepărtate (precum quasarii, care emit o radiaţie extrem de intensă) poate fi măsurată de telescoapele noastre.

Există deci diverse mecanisme care duc la creşterea găurilor negre: unirea mai multor găuri negre mai mici în găuri negre mari sau consumarea materiei. Primul proces poate fi studiat cu antenele de unde gravitaţionale, în timp ce al doilea cu instrumente care măsoară radiaţia electromagnetică emisă.

Misterioasele găuri negre, în interiorul cărora încă nu ştim ce se întâmplă, pot fi deci studiate prin diverse metode şi poate studiul acestora şi a modului în care iau naştere şi evoluează ne va ajuta să ne apropiem de dezlegarea misterului ce le învăluie.

[Articol scris de Cătălina Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi Luminiţa Costea, profesor la Colegiului Naţional “Mihai Viteazul”, Sfântu Gheorghe.]