«Ποιο ήρθε πρώτο, ο γαλαξίας ή η γιγάντια μαύρη τρύπα του;»
Τεχνικά, είναι ένα ακόμα πιο παλιό μυστήριο από αυτό για το κοτόπουλο ή το αυγό – αν και ήρθε στην προσοχή μας σχετικά πρόσφατα. Και σύμφωνα με νέα έρευνα, οι επιστήμονες μπορεί επιτέλους να έχουν μια απάντηση.
Από καιρό πιστεύεται ότι οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες που υπήρχαν λίγο πριν από την αρχαιότητα διαμόρφωσαν τους γαλαξίες γύρω τους, επιτάχυναν τον ρυθμό σχηματισμού άστρων στους γαλαξίες και επηρέασαν έτσι την εξέλιξη ολόκληρου του σύμπαντος. Αλλά τώρα μια νέα ανάλυση δεδομένων από το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (JWST) δείχνει ότι αυτές οι μαύρες τρύπες μπορεί να ήταν παρούσες για τα πρώτα 50 εκατομμύρια χρόνια του σύμπαντος ηλικίας 13,8 δισεκατομμυρίων ετών, οδηγώντας τον σχηματισμό άστρων σε τόσο μικρή ηλικία .
Τα αποτελέσματα θα μπορούσαν να αμφισβητήσουν την ιδέα ότι σχηματίστηκαν μόνο μαύρες τρύπες μετά εμφανίστηκαν τα πρώτα αστέρια και γαλαξίες.
Σχετίζεται με: Υπάρχει μαύρη τρύπα στον ήλιο; Όχι, αλλά γι’ αυτό ρωτούν οι επιστήμονες
“Γνωρίζουμε ότι αυτές οι γιγάντιες μαύρες τρύπες υπάρχουν στο κέντρο των γαλαξιών κοντά στον Γαλαξία μας, αλλά η μεγάλη έκπληξη τώρα είναι ότι ήταν επίσης παρούσες στην αρχή του σύμπαντος και ήταν σχεδόν σαν δομικά στοιχεία ή σπόροι για πρώιμους γαλαξίες”, δήλωσε ο Τζόζεφ Ο Silk, επικεφαλής της ομάδας και καθηγητής στο Πανεπιστήμιο Johns Hopkins, δήλωσε σε μια δήλωση. «Έχουν επιταχύνει πραγματικά τα πάντα, όπως οι γιγάντιοι ενισχυτές σχηματισμού άστρων, κάτι που είναι μια πλήρης αντιστροφή από ό,τι πιστεύαμε προηγουμένως πιθανό – τόσο πολύ που θα μπορούσε να ανατρέψει εντελώς την κατανόησή μας για το πώς σχηματίζονται οι γαλαξίες».
Σχετίζεται με: Οι επιστήμονες βρίσκουν μια μαύρη τρύπα στο αρχαίο σύμπαν που τροφοδοτεί μια μοριακή πηγή αερίου
Ο Silk επισημαίνει ότι οι μακρινοί και πρώιμοι γαλαξίες που παρατηρήθηκαν από το JWST από τότε που άρχισε να στέλνει δεδομένα στη Γη το καλοκαίρι του 2022 είναι φωτεινότεροι από το αναμενόμενο.
Αυτό υποδηλώνει ότι υπάρχει ήδη ένας ασυνήθιστα μεγάλος αριθμός άστρων και υπερμεγέθων μαύρων τρυπών στους γαλαξίες. Αν αληθεύει, θα σήμαινε ότι οι τρέχουσες θεωρίες μας σχετικά με το πώς αναπτύσσονται οι γαλαξίες μπορεί να χρειαστεί να αναθεωρηθούν.
«Υποστηρίζουμε ότι οι μαύρες τρύπες εκτοξεύουν τεμαχισμένα σύννεφα αερίου, μετατρέποντάς τα σε αστέρια και επιταχύνοντας σημαντικά τον ρυθμό σχηματισμού αστεριών», είπε ο Silk. «Διαφορετικά είναι πολύ δύσκολο να καταλάβουμε από πού προέρχονται αυτοί οι φωτεινοί γαλαξίες επειδή είναι συνήθως μικρότεροι στο πρώιμο σύμπαν. Γιατί στη γη να σχηματίζουν αστέρια τόσο γρήγορα;»
Επί του παρόντος, οι πιο ευρέως αποδεκτές θεωρίες της κοσμικής εξέλιξης υποδηλώνουν ότι οι μαύρες τρύπες σχηματίστηκαν στο πρώιμο σύμπαν όταν τα τεράστια αστέρια εξάντλησαν τα αποθέματά τους σε καύσιμα για πυρηνική σύντηξη. Με τη σειρά τους, αυτά τα αστέρια θα είχαν καταρρεύσει σε μεταγενέστερες εποχές του σύμπαντος, δημιουργώντας μαύρες τρύπες. Αυτό σημαίνει ότι οι μαύρες τρύπες θα είχαν σχηματιστεί μετά το σχηματισμό των αστεριών που τις δημιούργησαν και πριν από τα πρώτα σμήνη γαλαξιών.
Όμως ο Silk και οι συνεργάτες του ανακάλυψαν ότι οι μαύρες τρύπες και οι γαλαξίες προφανώς συνυπήρχαν στο αρχαίο σύμπαν και επηρέασαν ο ένας τον άλλον ήδη 100 εκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Σύμφωνα με τον Silk, αυτή η περίοδος θα αντιστοιχούσε μόνο στις πρώτες ημέρες του Ιανουαρίου, εάν η ιστορία του σύμπαντος συνοψιζόταν σε ένα ημερολογιακό έτος.
Σπάστε το στο πρώιμο σύμπαν
Η τεράστια βαρυτική επίδραση των μαύρων οπών σημαίνει ότι τίποτα (ούτε καν το φως) δεν μπορεί να ξεφύγει από το εξωτερικό τους όριο, που ονομάζεται ορίζοντας γεγονότων. Για εμάς αυτό σημαίνει ότι όλα όσα βρίσκονται πέρα από αυτό το όριο δεν μπορούν να φανούν άμεσα.
Αλλά πέρα από τον ορίζοντα γεγονότων, πράγματα εξακολουθούν να συμβαίνουν. Η βαρύτητα μιας μαύρης τρύπας εξακολουθεί να είναι αρκετά ισχυρή ώστε να δημιουργεί βίαιες συνθήκες για τη γύρω ύλη, με το ατυχές γεγονός ότι πέφτει πολύ κοντά στον ορίζοντα γεγονότων, προκαλώντας τη θέρμανση και τη φωτεινή ροή της. Αυτή η ύλη μπορεί να καταποθεί ή να κατευθυνθεί στους πόλους της μαύρης τρύπας, όπου εκτοξεύεται ως πίδακες ή άνεμοι με σχεδόν την ταχύτητα του φωτός.
Οι μαύρες τρύπες που τρέφονται ενεργά από τέτοια ύλη μπορούν να τροφοδοτήσουν τους λεγόμενους ενεργούς γαλαξιακούς πυρήνες (AGN), περιοχές μέσα στους γαλαξίες που μπορούν να ξεπεράσουν το συνδυασμένο φως όλων των αστεριών στους ίδιους τους γαλαξίες.
Ο Silk πιστεύει ότι το γεγονός ότι οι μαύρες τρύπες λειτουργούν σαν «επιταχυντές κοσμικών σωματιδίων» με αυτόν τον τρόπο είναι αυτό που επέτρεψε στο JWST να ανακαλύψει τόσα πολλά στο πρώιμο σύμπαν.
«Δεν μπορούμε να δούμε αυτούς τους βίαιους ανέμους ή πίδακες μακριά, αλλά ξέρουμε ότι πρέπει να είναι εκεί γιατί βλέπουμε πολλές μαύρες τρύπες νωρίς στο σύμπαν», εξήγησε ο Silk. «Αυτοί οι τεράστιοι άνεμοι που προέρχονται από μαύρες τρύπες συνθλίβουν τα κοντινά νέφη αερίων και τα μετατρέπουν σε αστέρια. Αυτός είναι ο κρίκος που λείπει που εξηγεί γιατί αυτοί οι πρώτοι γαλαξίες είναι τόσο φωτεινότεροι από ό,τι περιμέναμε».
Το σύμπαν πέρασε μια φάση (ή δύο)
Η ομάδα πίσω από αυτήν την έρευνα θεώρησε ότι το πρώιμο σύμπαν είχε δύο διακριτές φάσεις. Η πρώτη φάση θα είχε εκροές μαύρων τρυπών υψηλής ταχύτητας, οι οποίες θα επιτάχυναν τη γέννηση των αστεριών. Η δεύτερη φάση θα είχε ξεκινήσει όταν αυτές οι εκροές υποχωρούσαν.
Όταν το σύμπαν ήταν περίπου μερικών εκατοντάδων εκατομμυρίων ετών, τεράστια νέφη αερίου θα αναγκάζονταν τότε να καταρρεύσουν από έντονες μαγνητικές καταιγίδες που προκαλούνται από υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες. Αυτό θα είχε πυροδοτήσει μια νέα περίοδο έντονου και γρήγορου σχηματισμού άστρων, που θα ξεπερνούσε κατά πολύ τους ρυθμούς σχηματισμού άστρων σε πιο σύγχρονους γαλαξίες.
Τότε θα είχε αποτραπεί ο σχηματισμός αστεριών, επειδή οι μαζικές εκροές από υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες θα είχαν περάσει σε κατάσταση χαμηλής ενέργειας, διακόπτοντας την παροχή αερίου στους γαλαξίες όπου θα μπορούσαν να σχηματιστούν αστέρια.
«Σκεφτήκαμε ότι οι γαλαξίες σχηματίστηκαν αρχικά όταν κατέρρευσε ένα τεράστιο σύννεφο αερίου», εξήγησε ο Silk. «Η μεγάλη έκπληξη είναι ότι υπήρχε ένας σπόρος στη μέση αυτού του σύννεφου – μια μεγάλη μαύρη τρύπα – και αυτό βοήθησε να μετατραπεί το εσωτερικό μέρος αυτού του σύννεφου σε αστέρια γρήγορα και πολύ πιο γρήγορα από ό,τι περιμέναμε ποτέ. Και έτσι σχηματίστηκαν οι πρώτοι γαλαξίες. Είναι απίστευτα φωτεινοί».
Παρόμοιες αναρτήσεις:
— Η μαύρη τρύπα αναγγέλλεται στους αστρονόμους σκίζοντας βίαια ένα αστέρι
– Σπάσιμο ρεκόρ! Η μαύρη τρύπα που ανακαλύφθηκε πρόσφατα είναι πιο κοντά στη Γη
– Το παρατηρητήριο ακτίνων Χ της NASA αποκαλύπτει πώς οι μαύρες τρύπες καταπίνουν αστέρια και εκτοξεύουν την ύλη
Όχι μόνο η ομάδα πιστεύει ότι τα μελλοντικά δεδομένα JWST θα μπορούσαν να παρέχουν πιο ακριβείς μετρήσεις πρώιμων αστεριών και υπερμεγέθων μαύρων τρυπών που θα επιβεβαίωναν τη νέα θεωρία, αλλά οι ερευνητές πιστεύουν επίσης ότι το διαστημικό τηλεσκόπιο 10 δισεκατομμυρίων δολαρίων μπορεί να δώσει κάποιες απαντήσεις σε θεμελιώδη ερωτήματα που είναι πιο κοντά στο σπίτι .
«Το μεγάλο ερώτημα είναι ποιο ήταν το ξεκίνημά μας; Ο Ήλιος είναι ένα από τα 100 δισεκατομμύρια αστέρια στον Γαλαξία μας και υπάρχει επίσης μια γιγάντια μαύρη τρύπα στο κέντρο. Ποια είναι η σχέση μεταξύ των δύο;» κατέληξε ο Silk. «Μέσα σε ένα χρόνο θα έχουμε πολύ καλύτερα δεδομένα και πολλές από τις ερωτήσεις μας θα έχουν απαντήσεις».
Η έρευνα της ομάδας δημοσιεύτηκε τον Ιανουάριο στο Astrophysical Journal Letters.