Fizyka między ultramasywnymi czarnymi dziurami a mniejszymi jest praktycznie taka sama: w przypadku przekroczenia horyzontu zdarzeń nie ma ucieczki. Im większa masa, tym większy promień horyzontu zdarzeń. Ale ultramasywne czarne dziury mają interesującą właściwość ze względu na swój rozmiar.

Gdybyśmy mieli pecha i wpadli w czarną dziurę o masie gwiazdowej, doświadczylibyśmy tak zwanej spaghetyzacji: nasze ciało rozciągnęłoby się do nieskończoności z powodu różnicy w grawitacji pomiędzy naszymi stopami i głową.

Jednak w ultramasywnej czarnej dziurze gradient grawitacyjny jest znacznie mniej stromy, ponieważ rozciąga się znacznie dalej w przestrzeń kosmiczną, do tego stopnia, że ledwo zauważylibyśmy spadek poza horyzontem zdarzeń.

„Nie byłoby spaghetyzacji” – mówi Nightingale. „Jedyną rzeczą, która mogłaby zdradzić twoje przeznaczenie, byłoby zakrzywienie światła gwiazd wokół ciebie na skutek grawitacji czarnej dziury”.

patrząc w przeszłość

Dzięki mocy Jamesa Webba astronomowie mogą teraz prowadzić obserwacje coraz dalej, a tym samym dalej w czasie, ze względu na czas potrzebny światłu, aby dotrzeć do nas z odległych zakątków wszechświata.

Dzięki temu mogą widzieć galaktyki w ciągu pierwszych setek milionów lat istnienia wszechświata. Aby tak odległe czarne dziury urosły do tak dużych rozmiarów, musiały narodzić się stosunkowo wcześnie w historii Wszechświata, a następnie żarłocznie pochłonąć materię, co podważa większość naszej wiedzy na temat granic powstawania czarnych dziur. Jednak astronomowie zaczynają znajdować na to dowody.

W niektórych z najstarszych zakątków wszechświata, jakie możemy obserwować, James Webb odkrywa typy galaktyk, których nigdy wcześniej nie widziano. Naukowcy odkryli setki dziwnych, zwartych galaktyk, które świecą znacznie jaśniej, niż można by się spodziewać, i które istniały między 600 milionami a 1 miliardem lat po Wielkim Wybuchu.

Ze względu na kolor i rozmiar nazywane są małymi czerwonymi kropkami . Szczególnie zaskakujące w tych galaktykach jest emitowane przez nie światło, które wydaje się wskazywać, że w ich wnętrzu czają się już supermasywne czarne dziury.

Obserwacje te sugerują, że czarne dziury rzeczywiście rosły szybko. W naszym pobliskim wszechświecie duże czarne dziury w centrach galaktyk są zazwyczaj około 1000 razy mniejsze od galaktyki macierzystej.

Jednak James Webb znajduje czarne dziury o rozmiarach tej samej wielkości co ich własna galaktyka tuż u zarania Wszechświata, co sugeruje, że czarne dziury mogły powstać, zanim wokół nich wyrosły galaktyki.

W porównaniu z pobliskim wszechświatem masy te są „dziesiątki do kilkuset” razy większe, niż można by się spodziewać, mówi Hannah Übler, kosmolog z Uniwersytetu w Cambridge (Wielka Brytania).

Astronomowie nazywają te wczesne tytany „supermasywnymi czarnymi dziurami”.

Übler, który wykorzystał JWST do obserwacji tych pierwszych czarnych dziur, twierdzi, że jest to „naprawdę zaskakujące i podważa modele teoretyczne wyjaśniające, w jaki sposób czarne dziury zdołały tak szybko stać się tak masywne”.

Tajemnica jego powstania

To, w jaki sposób te czarne dziury rosły tak szybko, pozostaje tajemnicą i prawdopodobnie ma związek z tym, jak powstały we wczesnym wszechświecie.

Jedna z hipotez jest taka, że powstały one w wyniku śmierci pierwszych gwiazd we wszechświecie, tak zwanych gwiazd III populacji, potworów o masie od 100 do 1000 mas naszego Słońca i zbudowanych prawie wyłącznie z helu i wodoru.

Supernowe – kolosalna eksplozja gwiazdowa – z tych gwiazd w końcowych stadiach ich życia wypuściły do wszechświata cięższe pierwiastki. Pierwiastki te dały początek innym gwiazdom, a ostatecznie planetom, takim jak Słońce i Ziemia.

Ale ich śmierć mogła również spowodować powstanie dużych czarnych dziur, gdy materia zapadła się do wewnątrz pod wpływem grawitacji.

„Czarne dziury tych gwiazd są masywniejsze niż czarne dziury o masie gwiazdowej” – wyjaśnia Mar Mezcua, astrofizyk z Instytutu Nauk o Kosmosie w Hiszpanii. „Dzięki temu mogą rosnąć i mieć większą szansę na osiągnięcie supermasywności w krótkim czasie”.

Inną rozważaną możliwością jest to, że pierwsze czarne dziury powstały głównie nie z gwiazd, ale z obłoków gazu, znanych jako czarne dziury z bezpośrednim zapadnięciem się.

Zwykle z tych obłoków powstałyby gwiazdy w wyniku kondensacji pod wpływem grawitacji, ale gdyby temperatura była wystarczająco wysoka, niektóre obłoki mogłyby nie uformować gwiazd, lecz zapaść się bezpośrednio w czarne dziury.

„Są to warunki, które nie występują w obecnym wszechświecie” – wyjaśnia Mezcua. Jednak w gorących, burzliwych warunkach wczesnego Wszechświata mogło to być możliwe – mówi.

Nie zaobserwowano jeszcze ani gwiazd populacji III, ani bezpośrednio zapadających się czarnych dziur, więc nie jest jasne, jaki mechanizm dominował w powstawaniu czarnych dziur we wczesnym Wszechświecie.

Niezależnie od sposobu powstania, te czarne dziury musiały ewoluować w sposób umożliwiający dość szybkie powiększanie się.

Ultramasywne czarne dziury mogły również szybko rosnąć, pochłaniając materię w wybuchach, na co James Webb widział dowody.

Astronomowie zaobserwowali kilka wczesnych galaktyk, które są jasne i aktywne, ale inne mają dużą czarną dziurę, która wydaje się uśpiona, co sugeruje, że ta ostatnia musiała już pochłonąć dużo materii, zanim popadła w odrętwienie.

„Nie wiemy, jak długo będzie trwał cykl” – mówi Hlavacek-Larrondo. Jednak okresy gwałtownej konsumpcji będą prawdopodobnie rzadkie – mówi. „Może 1% życia czarnej dziury”.

Niejasne pozostaje, jakie dokładnie rozmiary mogą mieć czarne dziury we współczesnym kosmosie. „Mamy przybliżone szacunki na podstawie wieku Wszechświata” – mówi Hlavacek-Larrondo, który szacuje się na około 270 miliardów mas Słońca.

„Ale może wszechświat nas zaskoczy”.