Οι αστρονόμοι ανακάλυψαν την αρχαιότερη μαύρη τρύπα που έχει παρατηρηθεί ποτέ, η οποία προηγείται του σχηματισμού του σύμπαντος για περισσότερα από 13 δισεκατομμύρια χρόνια.
Οι παρατηρήσεις από το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (JWST) δείχνουν ότι βρίσκεται στην καρδιά ενός γαλαξία 440 μέτρα χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Σε περίπου ένα εκατομμύριο ηλιακές μάζες, είναι εκπληκτικά μεγάλο για μια μικρή μαύρη τρύπα, εγείροντας το ερώτημα πώς θα μπορούσε να μεγαλώσει τόσο γρήγορα.
Ο καθηγητής Roberto Maiolino, ένας αστροφυσικός στο Πανεπιστήμιο του Cambridge που ηγήθηκε των παρατηρήσεων, είπε: «Η έκπληξη είναι ότι είναι τόσο τεράστιο. «Αυτό ήταν το πιο απροσδόκητο πράγμα».
Οι παρατηρήσεις, που δημοσιεύονται στον προεκτυπωμένο ιστότοπο Arxiv, δεν καταγράφουν άμεση εικόνα, η οποία δεν είναι ορατή γιατί κανένα φως δεν μπορεί να διαφύγει από αυτήν. Αλλά οι αστρονόμοι ανακάλυψαν ενδεικτικές υπογραφές του δίσκου προσαύξησής του, το φωτοστέφανο του αερίου και της σκόνης που στροβιλίζεται γρήγορα γύρω από το κοσμικό λαγούμι.
Οι αστρονόμοι πιστεύουν ότι οι πρώτες μαύρες τρύπες θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην επίλυση του μυστηρίου του πώς οι γιγάντιες αντίστοιχές τους στο κέντρο γαλαξιών όπως ο Γαλαξίας μεγάλωσαν σε δισεκατομμύρια φορές τη μάζα του Ήλιου. Μέχρι πρόσφατα, πιστευόταν ότι απλώς έπεσαν χιονόμπαλες σε μια περίοδο σχεδόν 14 δισεκατομμυρίων ετών, αυξάνοντας σταθερά μέσω συγχωνεύσεων και καταβρόχθισης αστεριών και άλλων αντικειμένων. Αλλά αυτό το σενάριο χιονόμπαλας δεν μπορεί να εξηγήσει πλήρως την επική κλίμακα των σημερινών υπερμεγέθων μαύρων τρυπών.
Οι τελευταίες παρατηρήσεις του γαλαξία που ονομάζεται GN-z11 δείχνουν την προέλευση αυτού του μυστηρίου, υποδηλώνοντας ότι οι μαύρες τρύπες είτε γεννήθηκαν μεγάλες είτε επεκτάθηκαν εξαιρετικά γρήγορα νωρίς.
«Η κατανόηση από πού προήλθαν οι μαύρες τρύπες ήταν πάντα ένα μυστήριο, αλλά τώρα αυτό το μυστήριο φαίνεται να χειροτερεύει», είπε ο καθηγητής Andrew Pontzen, κοσμολόγος στο University College του Λονδίνου που δεν συμμετείχε στην έρευνα. “Αυτά τα αποτελέσματα, χρησιμοποιώντας τη δύναμη του JWST για να κοιτάξουν πίσω στο χρόνο, υποδηλώνουν ότι ορισμένες μαύρες τρύπες στο πρώιμο σύμπαν αυξάνονταν με τεράστιες ταχύτητες, πολύ πιο γρήγορα από ό,τι περιμέναμε.”
Μια εξήγηση, γνωστή ως σενάριο βαρέων σπόρων, υποδηλώνει ότι μια πρώιμη γενιά μαύρων τρυπών σχηματίστηκε από την άμεση κατάρρευση γιγάντων νεφών αερίου, παρά από καμένα αστέρια που κατέρρευσαν υπό τη δική τους βαρύτητα στο τέλος της ζωής τους. Μια άλλη πιθανότητα είναι ότι συμπαγή αστρικά σμήνη και μαύρες τρύπες συγχωνεύτηκαν πολύ γρήγορα στο πρώιμο σύμπαν.
Μια τρίτη, πιο εικαστική υπόθεση είναι η ύπαρξη των λεγόμενων αρχέγονων μαύρων τρυπών που σχηματίστηκαν κατά τη διάρκεια του κοσμικού πληθωρισμού, τον χρόνο της ταχύτερης από το φως διαστολής του σύμπαντος που συνέβη ένα κλάσμα του δευτερολέπτου μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.
Αυτό θα ανέτρεπε την υποτιθέμενη σειρά με την οποία σχηματίστηκαν αρχικά οι γαλαξίες και μετά άρχισαν να αναπτύσσονται μαύρες τρύπες μέσα τους. Οι αρχέγονες μαύρες τρύπες θα είχαν υφανθεί αποτελεσματικά στο ύφασμα του Κόσμου από την αρχή.
«Αν αυτό ήταν αλήθεια, θα είχε βαθιές επιπτώσεις στο πρώτο κλάσμα του δευτερολέπτου του σύμπαντός μας», είπε ο Πόντζεν. “Είτε έτσι είτε αλλιώς, η ιστορία του πώς σχηματίστηκαν μαζί οι μαύρες τρύπες και οι γαλαξίες είναι συναρπαστική και μόλις αρχίζουμε να την καταλαβαίνουμε.”
Τα ευρήματα είναι τα τελευταία σε μια σειρά εκπληκτικών ανακαλύψεων από το διαστημικό παρατηρητήριο της NASA μόλις δύο χρόνια μετά την εκτόξευσή του. Το JWST είναι περίπου 100 φορές πιο ευαίσθητο από προηγούμενα τηλεσκόπια όπως το Hubble στην ανίχνευση υπέρυθρου φωτός, το τμήμα του φάσματος που χρησιμοποιείται για την παρατήρηση των πιο απομακρυσμένων αντικειμένων. «Είναι ουσιαστικά το ισοδύναμο της αναβάθμισης του τηλεσκοπίου Galileo σε ένα σύγχρονο τηλεσκόπιο. «Είναι 400 χρόνια ανακαλύψεων που ενδεχομένως συμπιέζονται στο χρονικό διάστημα των λειτουργιών του JWST», είπε ο Maiolino.
Είπε ότι πριν από την εκτόξευση του τηλεσκοπίου υπήρχε η πιθανότητα να ανοίξει ένα νέο παράθυρο σε «μια βαρετή επέκταση όσων γνωρίζουμε». «Δεν είναι αυτό που βλέπουμε», είπε ο Maiolino. «Το σύμπαν ήταν αρκετά γενναιόδωρο. Βρίσκουμε πραγματικά πράγματα που δεν περιμέναμε».
τι είναι μια μαύρη τρύπα;
Οι μαύρες τρύπες είναι από τα πιο παράξενα και πιο απειλητικά αντικείμενα στο σύμπαν. Έχουν τόσο ισχυρή βαρύτητα που ούτε η ύλη ούτε το φως μπορούν να ξεφύγουν από την επιρροή τους. Το κατώφλι μιας μαύρης τρύπας καθορίζεται από τον ορίζοντα γεγονότων της, το σημείο χωρίς επιστροφή. Οτιδήποτε ξεπερνά αυτό το όριο έχει φύγει για πάντα.
Η μελέτη τους είναι δύσκολη γιατί είναι ουσιαστικά αόρατα, αλλά η εφαρμογή των νόμων της φυσικής προσφέρει μερικές παράξενες ιδέες. Όταν πλησιάζουμε σε μια μαύρη τρύπα, η βαρυτική κλίση μπορεί να είναι τόσο ακραία που τα αντικείμενα επιμηκύνονται σε μια διαδικασία που ονομάζεται σπαγγετοποίηση. Στον ορίζοντα γεγονότων, η βαρύτητα είναι τόσο ισχυρή που το φως κάμπτεται σε έναν τέλειο βρόχο γύρω από τη μαύρη τρύπα, έτσι ώστε αν στεκόσουν εκεί θα μπορούσες να δεις το πίσω μέρος του κεφαλιού σου.
Τι βρίσκεται πέρα από τον ορίζοντα γεγονότων είναι άγνωστο. Η γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν προτείνει ότι η πυκνότητα στο κέντρο μιας μαύρης τρύπας γίνεται άπειρη και προκύπτει μια βαρυτική ιδιομορφία. Αυτό το διάλειμμα στο χωροχρόνο δεν θα είχε «πού» ή «πότε» και θα βρισκόταν έξω από τη σφαίρα των συμβατικών νόμων της φυσικής. Ωστόσο, δεν είναι σαφές εάν υπάρχουν στην πραγματικότητα τέτοιες ιδιομορφίες.
Οι μαύρες τρύπες έρχονται σε διαφορετικά μεγέθη. Οι αστρικές μαύρες τρύπες, που σχηματίζονται από τα υπολείμματα άστρων μεγάλης μάζας, μπορεί να έχουν έως και 20 φορές μεγαλύτερη μάζα από τον Ήλιο μας. Οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες όπως ο Τοξότης Α* στο κέντρο του Γαλαξία μπορούν να έχουν μάζες ισοδύναμες με εκατομμύρια ή δισεκατομμύρια ήλιους και να παίζουν κρίσιμο ρόλο στη γαλαξιακή εξέλιξη.
Οι αστρονόμοι έχουν σημειώσει σημαντική πρόοδο στην παρατήρηση μαύρων οπών την τελευταία δεκαετία, με την πρώτη εικόνα του δικού τους φωτοστέφανου που τραβήχτηκε από το τηλεσκόπιο Event Horizon το 2019 και παρατηρώντας καταστροφικές συγχωνεύσεις μαύρων οπών ανιχνεύοντας βαρυτικά κύματα που περνούν από το χωροχρόνο Stream. Οι τελευταίες παρατηρήσεις του James Webb και ακόμη πιο μακρινοί στόχοι θα αρχίσουν να ρίχνουν φως στην προέλευση αυτών των αινιγματικών αντικειμένων.