O pânză de păianjen din filamente de materie care înconjoară o enormă gaură neagră la o distanţă de circa 13 miliarde ani lumină faţă de noi conţine (cel puţin) şase galaxii. Studiul acestei structuri ne va ajuta să înţelegem originea enormelor găuri negre dar şi cea a mega-structurilor cosmice.

Găuri negre cu masa de miliarde de ori cea a Soarelui au fost descoperite în Univers, însă la ora actuală mecanismul care a dat naştere acestor găuri negre este încă nedescifrat. Găurile negre continuă să-i fascineze nu doar pe cercetători, ci şi publicul larg. Ba mai mult – recentul premiu Nobel pentru fizică din 2020 a fost acordat unor studii care au de-a face tocmai cu găurile negre – în mod particular cu găurile negre enorme.

Recente observaţii astronomice efectuate cu ajutorul telescoapelor VLT (Very Large Telescope) al ESO au reuşit identificarea unei „pânze de păianjen” alcătuită din filamente de materie în care se găsesc, pe de o parte, o enormă gaură neagră, pe de alta cel puţin şase galaxii, acolo unde filamentele de materie se intersectează. Rezultatele studiului au fost publicate recent în revista Astronomy & Astrophysics.

Această structură a luat naştere când Universul era foarte tânăr – la circa 0,9 miliarde de ani după Big Bang şi, tocmai pentru că lumina galaxiilor identificate este extrem de slabă, a fost necesară dezvoltarea unor noi tehnologii pentru a o putea observa.

Cum ar putea ajuta această observaţie în a înţelege mai bine găurile negre enorme? Formarea unor structuri de acest gen, care conţin multă materie, arată cum că ar fi posibil ca găurile negre enorme să fi luat naştere la început ca fiind găuri negre mici – cele care rezultă în urma morţii stelelor. Cum densitatea de materie în mega-structura pânzei de păianjen este mare, gaura neagră ar fi înghiţit rapid materie, ajungând să crească tot mai mult, până să devină o gaură neagră cu masa de miliarde de ori cea a Soarelui.

Pânza de păianjen alcătuită din filamente de materie are o dimensiune de circa 300 de ori mai mare ca cea a galaxiei noastre. Jeturi de gaz circulă în aceste filamente şi acestea pot alimenta atât galaxiile descoperite cât şi gaura neagră.

Cum s-ar fi format această structură, aceasta pânză de păianjen cosmică? Astronomii cred că secretul ar fi materia întunecată. Aceasta ar fi atras enorme cantităţi de materie care s-ar fi structurat în pânza de păianjen pe care o vedem. Materia întunecată este la rândul ei un mare mister în fizică actuală: se pare că exercită forţă gravitaţională asupra materiei vizibile, însă nu emite lumină şi nici nu ştim încă dacă interacţionează cu materia normală prin alte tipuri de interacţiuni la ora actuală necunoscute. Tocmai pentru aceste interacţiuni a fost inventat termenul de „foton întunecat” – cel care ar fi purtătorul acestei interacţiuni între materia întunecată şi materia normală. Mai multe experimente la diverse acceleratoare din lumea întreagă încearcă să descopere acest foton întunecat însă până în prezent acesta nu a fost identificat fără umbră de dubiu (în ciuda unor experimente care susţin că ar fi descoperit ceva semnale).

Legat de cele şase galaxii care au fost descoperite, a fost posibilă confirmarea legăturii a patru dintre acestea cu gaura neagră. Este însă posibil ca în pânza de păianjen să existe mai multe galaxii însă acestea ar fi mai puţin luminoase şi deci imposibil de identificat cu telescoapele noastre până în prezent.

În viitor cu noul telescop, Extremely Large Telescope al ESO, va fi posibil de văzut dacă există structuri similare în Univers şi dacă pe lângă cele şase galaxii observate în pânza de păianjen a quasarului SDSS J1030+0524 mai există şi altele mai puţin luminoase.

Materia întunecată şi găurile negre – o relaţie care trebuie încă studiată, întrucât se pare că ar putea explica mai multe mistere ale Universului.

[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]