Ξεχάστε τους «μικρούς πράσινους άντρες» – είναι οι «μικρές κόκκινες κουκκίδες» στο πρώιμο σύμπαν που τράβηξαν την προσοχή του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb (JWST).
Τα παράξενα κόκκινα σώματα, λένε οι επιστήμονες, κρύβουν αστέρια που τα μοντέλα λένε ότι είναι «πολύ παλιά» για να υπήρχαν στις πρώτες μέρες του Κόσμου, και μαύρες τρύπες που είναι έως και χίλιες φορές μεγαλύτερες από την υπερμεγέθη μαύρη τρύπα στην καρδιά του Γαλαξίας . Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι αυτά τα αντικείμενα πρέπει να έχουν σχηματιστεί με τρόπο μοναδικό στο πρώιμο σύμπαν – μέσω μιας μεθόδου που φαίνεται να έχει σταματήσει στον κόσμο μετά από περίπου ένα δισεκατομμύριο χρόνια ύπαρξής τους.
Οι τρεις μικρές κόκκινες κουκκίδες φαίνονται όπως εμφανίστηκαν όταν το σύμπαν ήταν μεταξύ 600 και 800 εκατομμυρίων ετών. Αν και αυτό μπορεί να φαίνεται πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, το γεγονός ότι το σύμπαν είναι 13,8 δισεκατομμυρίων ετών σημαίνει ότι δεν ήταν περισσότερο από το 5% της τρέχουσας ηλικίας του όταν υπήρχαν αυτά τα αντικείμενα.
Επιβεβαιώνοντας την ύπαρξη αυτών των σημείων στο πρώιμο σύμπαν, τα ευρήματα του JWST θα μπορούσαν να αμφισβητήσουν τη γνώση μας για την εξέλιξη των γαλαξιών και τις υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες στα κέντρα τους.
Σχετίζεται με: Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb παρατηρεί αστρική συμπεριφορά που δεν έχει ξαναδεί σε μακρινό νεφέλωμα (βίντεο, φωτογραφία)
Η ομάδα, με επικεφαλής τους επιστήμονες στο Πολιτειακό Πανεπιστήμιο της Πενσυλβάνια, ανακάλυψε αυτές τις μυστηριώδεις μωβ κοσμικές παραξενιές ενώ μελετούσε το πρώιμο σύμπαν με το φασματογράφο εγγύς υπέρυθρο της JWST (NIRSpec) ως μέρος της έρευνας RUBIES.
«Είναι πολύ μπερδεμένο», είπε σε μια δήλωση το μέλος της ομάδας Joel Leja, επίκουρος καθηγητής αστρονομίας και αστροφυσικής στο Πολιτειακό Πανεπιστήμιο της Πενσυλβάνια. «Μπορείτε να το χωρέσετε άβολα στο σημερινό μας μοντέλο του σύμπαντος, αλλά μόνο εάν επινοήσουμε μια εξωτική, τρελά γρήγορη εμφάνιση στην αρχή του χρόνου».
«Αυτή είναι χωρίς αμφιβολία η πιο περίεργη και ενδιαφέρουσα συλλογή αντικειμένων που έχω δει στην καριέρα μου».
Τι κρύβεται πίσω από τις τελείες;
Οι ερευνητές εξέτασαν την ένταση του φωτός διαφορετικών μηκών κύματος που εκπέμπεται από τις μικρές κόκκινες κουκίδες. Προέκυψαν σημάδια ότι τα αστέρια είναι εκατοντάδων εκατομμυρίων ετών – πολύ μεγαλύτερα από ό,τι θα περίμενε κανείς για τα αστέρια σε αυτό το πρώιμο στάδιο του σύμπαντος.
Οι ερευνητές ανακάλυψαν επίσης ίχνη υπερμεγέθων μαύρων οπών με μάζες ισοδύναμες με εκατομμύρια, μερικές φορές ακόμη και δισεκατομμύρια ήλιους, στις περιοχές των μικρών κόκκινων κουκίδων. Αυτές οι μαύρες τρύπες είναι μεταξύ 100 και 1.000 φορές μεγαλύτερης μάζας από το Sagittarius A* (Sgr A*), την υπερμεγέθη μαύρη τρύπα στην καρδιά του Γαλαξία μας, που βρίσκεται μόλις 26.000 έτη φωτός από τη Γη.
Και οι δύο αυτές ανακαλύψεις δεν αναμένονται στα σημερινά μοντέλα κοσμικής εξέλιξης, ανάπτυξης γαλαξιών ή σχηματισμού υπερμεγέθων μαύρων τρυπών. Όλες αυτές οι θεωρίες υποθέτουν ότι οι γαλαξίες και οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες αναπτύσσονται ολοταχώς – αλλά αυτή η ανάπτυξη διαρκεί δισεκατομμύρια χρόνια.
«Επιβεβαιώσαμε ότι αυτά φαίνονται να είναι γεμάτα αρχαία αστέρια –εκατοντάδων εκατομμυρίων ετών– σε ένα σύμπαν που είναι μόνο [600 million to 800 million years] παλαιός. Είναι αξιοσημείωτο ότι αυτά τα αντικείμενα κατέχουν το ρεκόρ για τις αρχαιότερες υπογραφές του αρχαίου αστρικού φωτός», δήλωσε στη δήλωση η επικεφαλής ερευνήτρια Bingjie Wang, μεταδιδακτορικός συνεργάτης στο Penn State. «Η εύρεση αρχαίων αστεριών σε ένα πολύ νεαρό σύμπαν ήταν εντελώς απροσδόκητη. Τα τυπικά μοντέλα της κοσμολογίας και του σχηματισμού γαλαξιών ήταν απίστευτα επιτυχημένα, αλλά αυτά τα φωτεινά αντικείμενα δεν ταιριάζουν άνετα σε αυτές τις θεωρίες».
Η ομάδα ανακάλυψε για πρώτη φορά τις μικρές κόκκινες κουκκίδες χρησιμοποιώντας το JWST τον Ιούλιο. Εκείνη την εποχή, οι ερευνητές υποψιάστηκαν αμέσως ότι τα αντικείμενα ήταν στην πραγματικότητα γαλαξίες που υπήρχαν πριν από περίπου 13,5 δισεκατομμύρια χρόνια.
Μια πιο προσεκτική εξέταση των φασμάτων φωτός αυτών των αντικειμένων επιβεβαίωσε ότι ήταν γαλαξίες που υπήρχαν στην αρχή του χρόνου. Έγινε επίσης σαφές ότι οι «μεγάλες» υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες και τα απίστευτα «παλιά» αστέρια ήταν υπεύθυνα για την εντυπωσιακή απόδοση φωτός των κόκκινων κουκκίδων.
Η ομάδα δεν είναι ακόμη σίγουρη πόσο από το φως από τις μικρές κόκκινες κουκκίδες προέρχεται από καθεμία από αυτές τις πηγές. Αυτό σημαίνει ότι αυτοί οι γαλαξίες είναι είτε απροσδόκητα παλιοί και πιο μαζικοί από τον Γαλαξία και σχηματίστηκαν πολύ νωρίτερα από ό,τι προβλέπουν τα μοντέλα, είτε έχουν κανονικές ποσότητες μάζας αλλά κατά κάποιο τρόπο υπερβολικά ογκώδεις μαύρες τρύπες – κοιλότητες πολύ μεγαλύτερης μάζας από ό,τι θα είχε ένας παρόμοιος γαλαξίας κατά την τρέχουσα εποχή του Κόσμου.
«Η διάκριση μεταξύ του φωτός από την ύλη που πέφτει σε μια μαύρη τρύπα και του φωτός που εκπέμπεται από τα αστέρια σε αυτά τα μικροσκοπικά, μακρινά αντικείμενα είναι πρόκληση», είπε ο Wang. “Η αδυναμία να πει κανείς τη διαφορά στο τρέχον σύνολο δεδομένων αφήνει πολύ χώρο για ερμηνεία αυτών των συναρπαστικών αντικειμένων.”
Δεν πρόκειται για μια συνηθισμένη υπερμεγέθη μαύρη τρύπα!
Φυσικά, όλες οι μαύρες τρύπες έχουν όρια παγίδευσης φωτός που ονομάζονται «ορίζοντες γεγονότων». Αυτό σημαίνει ότι ανεξάρτητα από το πόσο φως συνεισφέρουν στις μικρές κόκκινες κουκίδες, πρέπει να προέρχεται από την ύλη που τις περιβάλλει και όχι από μέσα τους.
Η τεράστια βαρυτική επίδραση των μαύρων οπών δημιουργεί ταραχώδεις συνθήκες σε αυτό το υλικό, οι οποίες με την πάροδο του χρόνου τροφοδοτούν επίσης τη μαύρη τρύπα, θερμαίνοντάς την και αναγκάζοντας τη να λάμπει έντονα. Οι περιοχές που τροφοδοτούνται από υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες με αυτόν τον τρόπο ονομάζονται «κβάζαρ» και οι περιοχές των γαλαξιών τους στις οποίες κατοικούν ονομάζονται «ενεργοί γαλαξιακές πυρήνες (AGNs).»
Αυτές οι «κόκκινες» μαύρες τρύπες που ανακαλύφθηκαν πρόσφατα μπορεί να διαφέρουν από άλλα κβάζαρ, ακόμη και αυτά που παρατηρήθηκαν από το JWST στο πρώιμο σύμπαν. Για παράδειγμα, οι κόκκινες μαύρες τρύπες φαίνεται να παράγουν πολύ περισσότερο υπεριώδες φως από το αναμενόμενο. Ωστόσο, το πιο σοκαριστικό με αυτές τις υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες είναι το πόσο ογκώδεις φαίνονται να είναι.
«Συνήθως, οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες συνδυάζονται με γαλαξίες», είπε ο Leja. «Μεγαλώνουν μαζί και περνούν μαζί όλα τα σημαντικά γεγονότα της ζωής. Αλλά εδώ έχουμε μια πλήρως σχηματισμένη, ενήλικη μαύρη τρύπα που ζει σε αυτό που θα έπρεπε να είναι ένας μωρός γαλαξίας».
«Αυτό δεν έχει νόημα γιατί αυτά τα πράγματα θα πρέπει να αναπτυχθούν μαζί, ή τουλάχιστον αυτό πιστεύαμε».
Οι ίδιοι οι γαλαξίες της κόκκινης κουκκίδας είναι επίσης εκπληκτικοί. Φαίνονται να είναι πολύ μικρότεροι από άλλους γαλαξίες, αν και έχουν σχεδόν τόσα αστέρια. Αυτό σημαίνει ότι οι γαλαξίες της κόκκινης κουκκίδας φαίνεται να αποτελούνται από 10 δισεκατομμύρια έως 1 τρισεκατομμύρια αστέρια στριμωγμένα σε έναν γαλαξία πλάτους μερικών εκατοντάδων ετών φωτός, με όγκο 1.000 φορές μικρότερο από αυτόν του Γαλαξία.
Για να το θέσουμε αυτό στο πλαίσιο, εάν ο Γαλαξίας είχε συρρικνωθεί στο μέγεθος ενός από αυτούς τους γαλαξίες με κόκκινες κουκκίδες, τότε το πλησιέστερο αστέρι στον Ήλιο (Proxima Centauri, 4,2 έτη φωτός μακριά) θα ήταν εντός του ηλιακού συστήματος. Επιπλέον, η απόσταση μεταξύ της Γης και της υπερμεγέθους μαύρης τρύπας του Γαλαξία, Sgr A*, θα μειωνόταν από 26.000 έτη φωτός σε μόλις 26 έτη φωτός. Τότε η μαύρη τρύπα και το περιβάλλον της θα εμφανίζονταν στον νυχτερινό ουρανό πάνω από τη Γη.
«Αυτοί οι πρώτοι γαλαξίες ήταν τόσο γεμάτοι αστέρια – αστέρια που πρέπει να σχηματίστηκαν με τρόπους που δεν είχαμε δει ποτέ πριν, υπό συνθήκες που δεν περιμέναμε ποτέ και σε μια στιγμή που δεν περιμέναμε ποτέ να δουν», είπε ο Λέτζα. «Και για οποιονδήποτε λόγο, το σύμπαν σταμάτησε να σχηματίζει τέτοια αντικείμενα μετά από λίγα μόλις δισεκατομμύρια χρόνια. Είναι μοναδικά για το πρώιμο σύμπαν».
ΠΑΡΟΜΟΙΕΣ ΑΝΑΡΤΗΣΕΙΣ:
— Το εμβληματικό Νεφέλωμα Καβούρι λάμπει σε όμορφη θέα από το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb
— Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb βλέπει το νεφέλωμα του Ωρίωνα με ένα εκπληκτικό νέο φως
— Το ροζ νεφέλωμα λάμπει στην όμορφη νέα φωτογραφία του τηλεσκοπίου ESO
Η ομάδα σχεδιάζει να εμβαθύνει τα ευρήματά της μέσω περαιτέρω παρατηρήσεων αυτών των αινιγμάτων μικρών κόκκινων κουκκίδων για να κατανοήσει καλύτερα τα μυστήρια των κουκκίδων. Αυτό περιλαμβάνει την απόκτηση βαθύτερων φασμάτων με τη λάμψη του JWST στα κόκκινα αντικείμενα για μεγαλύτερες χρονικές περιόδους για να ληφθούν φάσματα εκπομπής φωτός που σχετίζονται με διαφορετικά στοιχεία. Αυτό θα μπορούσε να βοηθήσει στην αποκρυπτογράφηση της συμβολής των αρχαίων αστεριών και των υπερμεγέθων μαύρων τρυπών στους γαλαξίες.
«Υπάρχει ένας άλλος τρόπος με τον οποίο θα μπορούσαμε να επιτύχουμε μια σημαντική ανακάλυψη, και αυτός είναι [having] η σωστή ιδέα», κατέληξε ο Leja. «Όλοι έχουμε αυτά τα κομμάτια του παζλ και ταιριάζουν μόνο αν αγνοήσουμε το γεγονός ότι κάποια από αυτά σπάνε. Αυτό το πρόβλημα είναι επιρρεπές σε ένα εγκεφαλικό επεισόδιο που μέχρι στιγμής έχει διαφύγει εμάς, όλους τους συνεργάτες μας και ολόκληρη την επιστημονική κοινότητα.
«Ειλικρινά, είναι συναρπαστικό που μένει να αποκαλυφθεί τόσα πολλά από αυτό το μυστήριο».
Η έρευνα της ομάδας δημοσιεύτηκε στις 26 Ιουνίου στο Astrophysical Journal Letters.