Χρησιμοποιώντας το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (JWST), οι αστρονόμοι ανακάλυψαν μια «εξαιρετικά κόκκινη» υπερμεγέθη μαύρη τρύπα που αναπτύσσεται στο σκιερό, πρώιμο σύμπαν.
Η κόκκινη απόχρωση της υπερμεγέθους μαύρης τρύπας, όπως εμφανίστηκε περίπου 700 εκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, είναι το αποτέλεσμα της διαστολής του σύμπαντος. Καθώς το σύμπαν διαστέλλεται προς όλες τις κατευθύνσεις, το φως που έρχεται προς το μέρος μας «μετατοπίζεται στο κόκκινο» και το μετατοπισμένο φως σε αυτή την περίπτωση δείχνει έναν μανδύα από παχύ αέριο και σκόνη που περιβάλλει τη μαύρη τρύπα.
Εξετάζοντας τα δεδομένα του JWST, η ομάδα αστρονομίας με επικεφαλής τους Lukas Furtak και Adi Zitrin από το Πανεπιστήμιο Ben-Gurion του Negev ήταν επίσης σε θέση να προσδιορίσει τη μάζα της υπερμεγέθους μαύρης τρύπας. Με περίπου 40 εκατομμύρια ηλιακές μάζες, είναι απροσδόκητα ογκώδης σε σύγκριση με τον γαλαξία στον οποίο βρίσκεται.
Η ομάδα ανακάλυψε επίσης ότι η υπερμεγέθης μαύρη τρύπα, που βρίσκεται περίπου 12,9 δισεκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη, τρέφεται γρήγορα από το αέριο και τη σκόνη γύρω της. Με άλλα λόγια: μεγαλώνει.
Σχετίζεται με: Το λαμπρότερο κβάζαρ που έχει δει ποτέ τροφοδοτείται από μια μαύρη τρύπα που τρώει «έναν ήλιο την ημέρα».
«Ήμασταν πολύ ενθουσιασμένοι όταν η JWST άρχισε να στέλνει τα πρώτα της δεδομένα. Σαρώσαμε τα δεδομένα που λάβαμε για το πρόγραμμα UNCOVER και τρία πολύ συμπαγή αλλά κόκκινα άνθη αντικείμενα ξεχώρισαν καθαρά και τράβηξαν την προσοχή μας», δήλωσε ο Furtak σε δήλωση. «Η εμφάνισή τους με «κόκκινη κουκκίδα» μας οδήγησε αμέσως να υποψιαστούμε ότι ήταν ένα αντικείμενο που μοιάζει με κβάζαρ».
Οι «τρεις κόκκινες κουκκίδες»
Τα κβάζαρ σχηματίζονται όταν μεγάλες ποσότητες ύλης περιβάλλουν υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες όπως αυτή. Αυτή η ύλη σχηματίζει έναν δίσκο αερίου και σκόνης, που ονομάζεται δίσκος προσαύξησης, ο οποίος τροφοδοτεί σταδιακά τη μαύρη τρύπα. Η τεράστια βαρυτική επίδραση της μαύρης τρύπας ανακατεύει αυτό το υλικό, δημιουργώντας έντονες θερμοκρασίες και αναγκάζοντας το να λάμψει.
Επιπλέον, η ύλη που δεν πέφτει στην υπερμεγέθη μαύρη τρύπα κατευθύνεται στους πόλους του κοσμικού Τιτάνα. Τα σωματίδια σε αυτές τις περιοχές επιταχύνονται ως πολύ ευθυγραμμισμένοι πίδακες σε ταχύτητες που πλησιάζουν την ταχύτητα του φωτός. Όταν αυτοί οι σχετικιστικοί πίδακες εκτινάσσονται, οι εκρήξεις συνοδεύονται από φωτεινές ηλεκτρομαγνητικές εκπομπές.
Ως αποτέλεσμα αυτών των φαινομένων, τα κβάζαρ που τροφοδοτούνται από υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες σε ενεργούς γαλαξιακούς πυρήνες (AGN) είναι συχνά τόσο φωτεινά που το φως που εκπέμπουν συχνά υπερβαίνει το συνδυασμένο φως όλων των άστρων στον περιβάλλοντα γαλαξία.
Η τεράστια ποσότητα ακτινοβολίας που εκπέμπεται γύρω από αυτήν την ιδιαίτερα ογκώδη μαύρη τρύπα την έκανε να πάρει μια μικρή σημειακή εμφάνιση στα δεδομένα του JWST.
«Η ανάλυση των χρωμάτων του αντικειμένου αποκάλυψε ότι δεν ήταν ένας τυπικός γαλαξίας που σχηματίζει αστέρια. Αυτό υποστήριξε περαιτέρω την υπόθεση της υπερμεγέθους μαύρης τρύπας», δήλωσε στη δήλωση η Rachel Bezanson του Πανεπιστημίου του Πίτσμπουργκ και συνεπικεφαλής του προγράμματος UNCOVER. «Μαζί με το συμπαγές μέγεθός της, έγινε σαφές ότι ήταν πιθανότατα μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα, αν και εξακολουθούσε να είναι διαφορετική από άλλα κβάζαρ που βρέθηκαν σε αυτόν τον πρώιμο χρόνο».
Το πρώιμο κβάζαρ δεν θα ήταν ορατό ούτε στο ισχυρό υπέρυθρο μάτι του JWST χωρίς λίγη βοήθεια από ένα φαινόμενο που είχε προβλεφθεί από τον Άλμπερτ Αϊνστάιν το 1915.
Ο φακός του Αϊνστάιν
Η θεωρία της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν προτείνει ότι αντικείμενα με μεγάλες μάζες παραμορφώνουν τον ίδιο τον ιστό του χώρου και του χρόνου, τα οποία στην πραγματικότητα ενώνονται σε μια ενιαία οντότητα που ονομάζεται «χωροχρόνος». Η θεωρία περαιτέρω υποθέτει ότι η βαρύτητα προκύπτει ως αποτέλεσμα αυτής της καμπυλότητας. Όσο μεγαλύτερη είναι η μάζα ενός αντικειμένου, τόσο πιο «ακραία» είναι η καμπυλότητα του χωροχρόνου.
Επομένως, αυτή η καμπυλότητα όχι μόνο λέει στους πλανήτες πώς να κινούνται γύρω από αστέρια και αστέρια και γύρω από τα κέντρα των γαλαξιών τους, αλλά αλλάζει επίσης τις διαδρομές του φωτός που προέρχονται από αυτά τα αστέρια.
Όσο πιο κοντά πλησιάζει το φως στο αντικείμενο μάζας, τόσο πιο «κυρτή» είναι η διαδρομή του. Διαφορετικές διαδρομές φωτός από ένα μεμονωμένο αντικείμενο φόντου μπορούν έτσι να κάμπτονται μέσω ενός προσκηνίου ή ενός “αντικειμένου φακού” και να αλλάξουν την εμφάνιση της θέσης του αντικειμένου φόντου. Μερικές φορές το εφέ μπορεί ακόμη και να προκαλέσει την εμφάνιση του αντικειμένου φόντου σε πολλά σημεία στην ίδια εικόνα του ουρανού. Σε άλλες περιπτώσεις, το φως από το αντικείμενο φόντου απλώς ενισχύεται και το αντικείμενο μεγεθύνεται.
Αυτό το φαινόμενο είναι γνωστό ως «βαρυτικός φακός».
Σε αυτή την περίπτωση, το JWST χρησιμοποίησε ένα σμήνος γαλαξιών που ονομάζεται Abell 2744 ως σώμα φακού στο προσκήνιο για να ενισχύσει το φως από τους γαλαξίες του φόντου που διαφορετικά θα ήταν πολύ μακριά για να φαίνονται. Αυτό αποκάλυψε το εξαιρετικά κόκκινο κβάζαρ που στόχευαν, αρχικά με τη μορφή τριών κόκκινων κουκκίδων.
«Χρησιμοποιήσαμε ένα αριθμητικό μοντέλο φακού που δημιουργήσαμε για το σμήνος γαλαξιών για να προσδιορίσουμε ότι οι τρεις κόκκινες κουκκίδες έπρεπε να είναι πολλαπλές εικόνες της ίδιας πηγής φόντου που παρατηρήθηκαν όταν το σύμπαν ήταν μόλις περίπου 700 εκατομμυρίων ετών», είπε ο Zitrin.
Περαιτέρω ανάλυση της πηγής φόντου αποκάλυψε ότι το φως της έπρεπε να προέρχεται από μια συμπαγή περιοχή.
«Όλο το φως από αυτόν τον γαλαξία πρέπει να χωρέσει σε μια μικροσκοπική περιοχή στο μέγεθος ενός σύγχρονου αστρικού σμήνος. Η μεγέθυνση της πηγής μέσω του βαρυτικού φακού μας έδωσε εξαιρετικά όρια στο μέγεθος», δήλωσε στη δήλωση Τύπου το μέλος της ομάδας και ερευνήτρια του Πανεπιστημίου Πρίνστον Τζένι Γκριν. «Ακόμα κι αν βάλετε όλα τα πιθανά αστέρια σε μια τόσο μικρή περιοχή, η μαύρη τρύπα καταλήγει να αποτελεί τουλάχιστον το 1% της συνολικής μάζας του συστήματος».
Η ανακάλυψη προσθέτει περαιτέρω στο μυστήριο του πώς οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες, οι οποίες μπορεί να είναι εκατομμύρια (ή ακόμα και δισεκατομμύρια) φορές μεγαλύτερη από τον Ήλιο, αυξήθηκαν σε τόσο τεράστια μεγέθη κατά τη βρεφική ηλικία του σύμπαντος.
«Πολλές άλλες υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες στο πρώιμο σύμπαν έχουν βρεθεί τώρα να παρουσιάζουν παρόμοια συμπεριφορά, οδηγώντας σε μερικές συναρπαστικές ιδέες για την ανάπτυξη της μαύρης τρύπας και του γαλαξία ξενιστή, καθώς και για την αλληλεπίδραση μεταξύ τους, που δεν είναι ακόμη καλά κατανοητές », είπε ο Γκριν.
ΠΑΡΟΜΟΙΕΣ ΑΝΑΡΤΗΣΕΙΣ:
– Η γιγάντια μαύρη τρύπα του Galaxy M87 εκτοξεύει πίδακες σχεδόν με την ταχύτητα του φωτός
– Η μαύρη τρύπα βαμπίρ είναι ένας «επιταχυντής κοσμικών σωματιδίων» που θα μπορούσε να λύσει ένα μακροχρόνιο μυστήριο στην αστρονομία
– Η πρώτη μαύρη τρύπα που απεικονίστηκε ποτέ από ανθρώπους έχει στριμμένα μαγνητικά πεδία και οι επιστήμονες είναι ενθουσιασμένοι
Το JWST έχει ανακαλύψει μια πληθώρα «μικρών κόκκινων κουκκίδων» με την πάροδο του χρόνου. Αυτό θα μπορούσε επίσης να υποδηλώνει ότι τα υπερμεγέθη κβάζαρ που τροφοδοτούνται από μαύρες τρύπες στο πρώιμο σύμπαν ενδέχεται να λυθούν σύντομα.
«Κατά κάποιο τρόπο είναι το αστροφυσικό ισοδύναμο του προβλήματος με το κοτόπουλο και το αβγό», κατέληξε ο Zitrin. «Αυτή τη στιγμή δεν γνωρίζουμε ποιος ήρθε πρώτος – ο γαλαξίας ή η μαύρη τρύπα, πόσο μεγάλες ήταν οι πρώτες μαύρες τρύπες και πώς μεγάλωσαν».
Η έρευνα της ομάδας δημοσιεύτηκε στις 14 Φεβρουαρίου στο περιοδικό Nature.