Sa të mëdha mund të bëhen vrimat e zeza?

Astronomët po vërejnë një klasë të re vrimash të zeza gjigante që ngjajnë edhe ato supermasive që gjenden në qendër të galaktikave. A mund të ketë disa edhe më monstruoze që përgjojnë atje në errësirën e hapësirës?

Në qendër të galaktikës sonë jeton një vrimë e zezë gjigante. Është aq i gjerë sa Dielli ynë, por miliona herë më i rëndë. Tërheqja e tij e madhe gravitacionale shpërthen pluhurin dhe gazin ndëryjor rreth tij. Kjo vrimë e zezë supermasive është zemra rrahëse e Rrugës së Qumështit, duke nxitur formimin dhe evolucionin e galaktikës sonë për të gjithë historinë e saj 13 miliardëvjeçare, duke ndihmuar në krijimin e sistemeve diellore si tonat. Herë pas here, një yll endet shumë afër dhe ndahet, duke u ndezur pa asnjë gjurmë të ekzistencës së mëparshme. Është një bishë e tmerrshme, me fuqinë për të krijuar dhe shkatërruar në një shkallë epike.

Pothuajse çdo galaktikë e madhe ka një vrimë të zezë supermasive në qendër të saj , por në skemën e madhe të Universit, e jona – e quajtur Shigjetari A* – është një peshë e vërtetë pendë. Gjatë dekadës së fundit, astronomët kanë zbuluar vrima të zeza shumë, shumë më të mëdha, të njohura si vrima të zeza ultramasive . Disa janë 1000 herë më masivë se Shigjetari A* dhe mjaftueshëm të mëdhenj për të shtrirë të gjithë gjerësinë e sistemit tonë diellor.

Pamja e pashembullt e ofruar nga Teleskopi Hapësinor James Webb (JWST) po na jep gjithashtu një pasqyrë të re se si u rritën këta gjigantë në agim të kohës. Por ka po aq mistere – nga erdhën ato dhe sa të mëdha mund të bëhen në të vërtetë?

Matja e përmasave të objekteve kaq të mëdha dhe të largëta (të cilat nga vetë përkufizimi i tyre nuk mund të vëzhgohen drejtpërdrejt) është e ndërlikuar, por ne e dimë se disa nga më të mëdhenjtë janë çuditërisht të mëdhenj. Një nga kandidatët më madhështorë që janë zbuluar deri më sot, i njohur si Ton 618, është gjetur në mes të një kuazari rreth 18 miliardë vite dritë nga Toka. Është vlerësuar të jetë 66 miliardë herë më e madhe se masa e Diellit  dhe është deri në 40 herë më e gjerë se distanca midis Neptunit dhe Diellit tonë. Vrima e zezë në qendër të një galaktike grumbullimi të quajtur Holm 15A gjithashtu u vlerësua kohët e fundit të jetë rreth 44 miliardë herë më e rëndë se Dielli , 30 herë distanca Neptun-Diell.

Këto janë padyshim të mëdha. Por disa shkencëtarë mendojnë se mund të ketë përbindësha edhe më të mëdhenj që përgjojnë atje.

“Nga një këndvështrim teorik, nuk ka kufi,” thotë James Nightingale, një kozmolog vëzhgues në Universitetin e Newcastle në Mbretërinë e Bashkuar, i cili në mars 2024 zbuloi një vrimë të zezë ultramasive që peshonte 33 miliardë herë më shumë se masa e Diellit .

Vrimat e zeza që ne njohim vijnë në një sërë madhësish. Në rastin e tyre më të vogël, mikrovrimat e zeza mund të shkojnë deri në madhësinë e një atomi . Ndoshta më të njohura janë vrimat e zeza me masë yjore, rezultat i kolapsit të yjeve shumë masivë. Këto variojnë nga rreth tre deri në 50 herë masa e Diellit tonë, por janë kondensuar në një objekt “rreth madhësisë së Londrës”, thotë Julie Hlavacek-Larrondo, një astrofizikane në Universitetin e Montrealit në Kanada. Vrimat e zeza me masë të ndërmjetme formojnë grupin e radhës dhe arrijnë deri në rreth 50,000 herë masën e Diellit tonë, duke përfshirë një rajon hapësire sa madhësia e planetit Jupiter. Vrimat e zeza supermasive pastaj shtrihen deri në miliona ose miliarda herë më shumë se masa e Diellit tonë.

Ndërsa nuk ka ende një përkufizim të rreptë të një vrime të zezë ultramasive, përgjithësisht pranohet se ato fillojnë me “10 miliard herë masën e Diellit”, thotë Hlavacek-Larrondo. Ndërsa në parim nuk ka asnjë arsye që një vrimë e zezë të mos mund të rritet në atë madhësi, ekzistenca e tyre është e papritur duke pasur parasysh se si ne e kuptojmë aktualisht rritjen e vrimave të zeza dhe moshën relativisht të re të Universit prej vetëm 13.7 miliardë vjetësh.

“Është e vështirë të ndërtosh një vrimë të zezë kaq masive duke përdorur metoda tradicionale të të ushqyerit”, thotë Hlavacek-Larrondo, duke iu referuar mënyrës se si vrimat e zeza gëlltisin material nga rreth tyre për shkak të tërheqjes së tyre gravitacionale. “Unë nuk mendoj se njerëzit prisnin që ata [ekzistonin].”

Nëse vazhdoni të ushqeni një vrimë të zezë, në parim ajo thjesht duhet të vazhdojë të rritet dhe të rritet pafundësisht, me çdo objekt ose material që kalon horizontin e ngjarjes duke shkaktuar që vrima e zezë të rritet në masë.

Në praktikë, mosha e Universit dhe shkalla me të cilën ne mendojmë se vrimat e zeza rriten duhet të kufizojnë madhësinë e tyre, me gjasë jo më shumë se 270 miliardë masa diellore në momentin tonë aktual. Disa shkencëtarë, megjithatë, mendojnë se është e mundur që disa vrima të zeza mund të ishin rritur shumë më shumë, duke arritur në triliona masa diellore në Universin modern, nëse do të ishin në gjendje të hanin materiale më shpejt se sa pritej. Këto objekte, duke pasur parasysh etiketën e vrimave të zeza jashtëzakonisht të mëdha , do të kishin një rreze afërsisht një vit dritë të gjerë. Nuk janë gjetur ende objekte të tilla, por ende nuk mund të përjashtojmë mundësinë e fshehjes së tyre në qendrat e disa galaktikave.

Astronomët vunë re vrimat e para të zeza ultramasive në fillim të viteve 2010 . Që atëherë, rreth 100 janë gjetur. Në mars 2023, Nightingale dhe kolegët e tij njoftuan se kishin pikasur një vrimë të re të zezë ultramasive që peshonte rreth 33 miliardë masa diellore . Ata ishin në gjendje ta shihnin atë vetëm për shkak të mënyrës se si drita nga një galaktikë më e largët u përkul rreth vrimës së zezë. “Ky ishte një zbulim shumë i çuditshëm,” thotë Nightingale.

Ne nuk mund t’i shohim vrimat e zeza drejtpërdrejt për shkak të vetë natyrës së tyre – në kufirin e tyre, të njohur si horizonti i ngjarjeve, graviteti bëhet aq intensiv sa asgjë nuk mund të shpëtojë, madje as drita. Pra, ne mund t’i shohim vetëm nëse ata  hedhin një hije  mbi materialin e ndritshëm përreth që hahet nga vrima e zezë. Megjithatë, ne mund të konkludojmë ekzistencën e tyre më lehtë duke parë një galaktikë dhe duke vërejtur efektet e vrimës së zezë qendrore. Një mënyrë është të kërkoni për  avionë të fuqishëm të lëshuar nga polet e vrimës së zezë . “Ne ende nuk e kuptojmë saktësisht se si mund t’i formojnë këto struktura, por ato i formojnë,” thotë Hlavacek-Larrondo. Këto avionë radio mund të shtrihen  miliona vite dritë  në gjatësi.

Vrimat e zeza mund të prodhojnë gjithashtu unaza të nxehta të materies që rrotullohen rreth tyre, të quajtur disqe grumbullimi, pasi ato konsumojnë material. Materiali rrotullohet me shpejtësi rreth vrimës së zezë, me gravitetin e jashtëzakonshëm që e bën atë të rrotullohet “me shpejtësinë e dritës”, thotë Hlavacek-Larrondo. Ndërsa bie drejt vrimës së zezë, disku i materialit lëshon gjithashtu rreze X të ndritshme. Sa më e madhe të jetë vrima e zezë, aq më shumë rreze X dhe valë radio prodhohen përkatësisht nga disku i grumbullimit dhe avionit.

Fizika midis vrimave të zeza ultramasive dhe atyre më të vogla është kryesisht e njëjtë – bie përtej  horizontit të ngjarjeve  dhe nuk ka shpëtim. Një masë më e madhe çon në një rreze më të madhe për horizontin e ngjarjeve. Por vrimat e zeza ultramasive kanë një veti interesante për shkak të madhësisë së tyre.

Nëse do të kishit fatin të mjaftueshëm për të rënë në një vrimë të zezë me masë yjore, do të përjetonit diçka të njohur si spagetifikimi – trupi juaj do të shtrihej në pafundësi – për shkak të ndryshimit në gravitetin midis këmbëve dhe kokës suaj. Në një vrimë të zezë ultramasive, megjithatë, gradienti gravitacional është shumë më pak i pjerrët për shkak se shtrihet shumë më tej në hapësirë, deri në pikën që  mezi do të vëreni  se bie përtej horizontit të ngjarjeve. “Spagettifikimi nuk do të ndodhte,” thotë Nightingale. E vetmja gjë që do të tradhtonte fatin tuaj do të ishte shtrembërimi i dritës së yjeve rreth jush për shkak të gravitetit të vrimës së zezë.

Falë fuqisë së JWST, astronomët tani po vëzhgojnë gjithnjë e më larg, dhe kështu më tej në kohë për shkak të kohës që duhet drita për të arritur tek ne nga qoshet e largëta të Universit. Kjo i lejon ata të shohin galaktikat në qindra milionë vitet e para të ekzistencës së Universit. Që vrima të zeza të tilla të largëta të jenë rritur kaq të mëdha, ato duhet të kenë lindur relativisht herët në historinë e Universit dhe më pas të kenë gëlltitur në mënyrë të egër material, diçka që sfidon shumë nga ajo që dimë për kufijtë se si formohen vrimat e zeza. Megjithatë, astronomët kanë filluar të shohin prova pikërisht për këtë .

Larg në disa nga shtrirjet më të vjetra të Universit që mund të vëzhgojmë, lloje galaktikash të papara më parë po zbulohen nga JWST. Shkencëtarët kanë zbuluar qindra galaktika të çuditshme, kompakte , të cilat shkëlqejnë shumë më tepër sesa mund të pritej, që ekzistonin rreth 600 milion vjet deri në një miliard vjet pas Big Bengut. Ato janë bërë të njohura si galaktika të vogla me pika të kuqe për shkak të ngjyrës dhe madhësisë së tyre. Ajo që është veçanërisht befasuese për ta është drita që lëshojnë , e cila duket se tregon se vrimat e zeza supermasive tashmë janë fshehur brenda tyre.

Këto vëzhgime sugjerojnë se vrimat e zeza me të vërtetë u rritën shpejt. Në universin tonë lokal, vrimat e zeza të mëdha në qendrat e galaktikave priren të jenë rreth 1000 herë më të vogla se galaktika e tyre pritëse. Por JWST po gjen vrima të zeza që kanë të njëjtën madhësi me galaktikën e tyre pikërisht në agim të Universit, duke sugjeruar se vrimat e zeza mund të jenë formuar së pari përpara se galaktikat të rriteshin rreth tyre.

Krahasuar me universin lokal, këto masa janë “dhjetëra deri në disa qindra” herë më të mëdha se sa do të prisnim, thotë Hannah Übler, një kozmologe në Universitetin e Kembrixhit në MB. Astronomët i referohen këtyre titanëve të hershëm si “vrima të zeza tepër masive”. Është “me të vërtetë befasuese dhe vërtet vë një sfidë për modelet teorike për të shpjeguar se si këto vrima të zeza arritën të rriteshin kaq masive kaq shpejt”, thotë Übler, i cili ka përdorur JWST për të vëzhguar këto vrima të zeza të hershme.

Mënyra se si këto vrima të zeza u rritën kaq shpejt është pak mister dhe ka të ngjarë të lidhet me mënyrën se si vrimat e zeza u formuan kryesisht në universin e hershëm. Një ide është se ata u formuan nga vdekja e yjeve të parë në univers, të ashtuquajturat yje të Popullsisë III – përbindësha që ishin 100 deri në 1000 herë më shumë se masa e Diellit tonë dhe ishin bërë pothuajse tërësisht nga helium dhe hidrogjen. Supernova – një shpërthim kolosal yjor – i këtyre yjeve në fazat e fundit të jetës së tyre lëshoi ​​elementë më të rëndë në Univers. Këto më vonë do të krijonin yje të tjerë dhe përfundimisht planetë, duke përfshirë Diellin dhe Tokën tonë. Por vdekja e tyre gjithashtu mund të kishte prodhuar vrima të zeza të mëdha pasi materiali u rrëzua nga brenda nën ndikimin e gravitetit.

“Vrimat e zeza nga këto yje janë më masive se vrimat e zeza me masë yjore,” thotë Mar Mezcua, një astrofizikan në Institutin e Shkencave Hapësinore në Spanjë. “Nga kjo, ju mund të rriteni dhe të keni më shumë mundësi për t’u bërë supermasive në një kohë të shkurtër.”

Një mundësi tjetër e favorizuar është se vrimat e para të zeza nuk janë formuar kryesisht nga yjet, por nga retë e gazit, të njohura si vrimat e zeza të kolapsit të drejtpërdrejtë . Zakonisht, këto re do të kishin formuar yje ndërsa kondensoheshin nën gravitetin, por nëse temperatura do të ishte mjaft e lartë, disa re mund të mos kishin formuar yje, por në vend të kësaj të ishin shembur direkt në vrima të zeza . “Këto janë kushte që nuk i gjejmë në universin aktual”, thotë Mezcua. Në kushtet e nxehta dhe të trazuara të Universit të hershëm, megjithatë, mund të ketë qenë e mundur, thotë ajo.

Asnjë yll i Popullsisë III apo vrima e zezë me kolaps të drejtpërdrejtë nuk është parë ende përfundimisht, kështu që është e paqartë se cili mekanizëm – nëse ndonjëri – dominonte formimin e vrimave të zeza në Universin e hershëm./BBC/