Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (JWST) έχει παρατηρήσει φως από αστέρια που περιβάλλουν μερικές από τις προηγούμενες υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες του σύμπαντος – μαύρες τρύπες που σχηματίστηκαν λιγότερο από ένα δισεκατομμύριο χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.
Οι παρατηρήσεις, που διεξήχθησαν από μια ομάδα στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης (MIT), εξετάζουν το ερώτημα πώς αυτοί οι κοσμικοί τιτάνες, που βρίσκονται στην καρδιά των γαλαξιών, αυξήθηκαν σε τεράστιες μάζες ισοδύναμες με εκατομμύρια (μερικές φορές ακόμη και δισεκατομμύρια) ήλιους. Πιο συγκεκριμένα, πώς μεγάλωσαν τόσο γρήγορα; Τα αποτελέσματα θα μπορούσαν επίσης να λύσουν το μυστήριο: ποιος ήρθε πρώτος, ο γαλαξίας ή η υπερμεγέθης μαύρη τρύπα;
Οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες που παρατηρήθηκαν από την ομάδα του MIT τρέφονται αδηφάγα από το περιβάλλον υλικό και δημιουργούν τεράστιες παλιρροϊκές δυνάμεις σε έναν δίσκο ύλης που ονομάζεται δίσκος προσαύξησης, προκαλώντας τον ίδιο τον δίσκο να λάμπει. Αυτή η διατροφική κατάσταση τροφοδοτεί αντικείμενα που ονομάζονται κβάζαρ, τα οποία βρίσκονται στην καρδιά των ενεργών γαλαξιών. Τα κβάζαρ είναι από τα πιο φωτεινά αντικείμενα στον κόσμο. Μερικά είναι τόσο φωτεινά που ξεπερνούν το συνδυασμένο φως όλων των αστεριών στους γαλαξίες γύρω τους.
Ακόμη και οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες καλύπτονται από μυστήριο – ειδικά αν εμφανίστηκαν πριν από περισσότερα από ένα δισεκατομμύριο χρόνια στην ιστορία των 13,8 δισεκατομμυρίων ετών του σύμπαντος. Αυτό συμβαίνει επειδή η συνεχής διαδικασία συγχώνευσης μαύρων οπών, στην οποία οι επιστήμονες πιστεύουν ότι οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες αναπτύσσονται με την πάροδο του χρόνου, αναμένεται να διαρκέσει πολλά δισεκατομμύρια χρόνια. Πώς θα μπορούσαν λοιπόν αυτές οι γιγάντιες κοιλότητες να υπάρχουν μόνο περίπου ένα δισεκατομμύριο χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη;
Λοιπόν, μια εικασία είναι ότι πήραν το προβάδισμα και σχηματίστηκαν από τις λεγόμενες μαύρες τρύπες «βαρέων σπόρων».
Σχετίζεται με: Νέα άποψη της υπερμεγέθους μαύρης τρύπας στην καρδιά του Γαλαξία μας υπονοεί ένα συναρπαστικό κρυφό χαρακτηριστικό
Χρησιμοποιώντας το JWST για να παρατηρήσει αχνό φως από αστέρια στους γαλαξίες-ξενιστές έξι αρχαίων κβάζαρ, η ομάδα του MIT συνέλεξε για πρώτη φορά στοιχεία ότι οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες στο πρώιμο σύμπαν δημιουργήθηκαν στην πραγματικότητα από βαρείς σπόρους.
«Αυτές οι μαύρες τρύπες έχουν δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη μάζα από τον ήλιο, σε μια εποχή που το σύμπαν είναι ακόμα στα σπάργανα», δήλωσε η Άννα-Κριστίνα Έιλερς, μέλος της ομάδας και επίκουρη καθηγήτρια φυσικής στο MIT. «Τα αποτελέσματά μας υποδηλώνουν ότι οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες στο πρώιμο Σύμπαν μπορεί να είχαν αποκτήσει μάζα πριν από τους μητρικούς γαλαξίες τους και ότι οι αρχικοί σπόροι της μαύρης τρύπας μπορεί να ήταν πιο μαζικοί από σήμερα».
Τι ήρθε πρώτο; Η μαύρη τρύπα ή ο γαλαξίας της;
Μετά την ανακάλυψη των κβάζαρ τη δεκαετία του 1960, αρχικά υποτέθηκε ότι η έντονη φωτεινότητά τους προερχόταν από ένα μόνο σημείο που μοιάζει με αστέρι. Αυτό οδήγησε στο όνομα «κβάζαρ», το οποίο είναι ένας συνδυασμός του όρου «οιονεί αστρικό» αντικείμενο. Ωστόσο, οι ερευνητές σύντομα ανακάλυψαν ότι τα κβάζαρ στην πραγματικότητα προκαλούνται από μεγάλες ποσότητες ύλης που συσσωρεύονται σε υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες στην καρδιά των γαλαξιών.
Ωστόσο, αυτά τα αντικείμενα περιβάλλονται επίσης από αστέρια που είναι πολύ πιο αχνά και πιο δύσκολο να παρατηρηθούν. Αυτό συμβαίνει επειδή αυτό το αστρικό φως ξεπλένεται από το φωτεινότερο φως του κβάζαρ γύρω από το οποίο περιφέρονται τα αστέρια. Επομένως, ο διαχωρισμός του φωτός από τα κβάζαρ και του φωτός από τα αστέρια γύρω τους δεν είναι εύκολο έργο, συγκρίσιμο με το να δούμε το φως από τις πυγολαμπίδες που κάθονται στη λάμπα ενός φάρου περίπου ένα μίλι μακριά.
Ωστόσο, η ικανότητα του JWST να κοιτάζει περισσότερο στο παρελθόν από οποιοδήποτε άλλο τηλεσκόπιο πριν από αυτό, σε συνδυασμό με την υψηλή ευαισθησία και ανάλυση του, έχει κάνει αυτή την πρόκληση λιγότερο τρομακτική. Η ομάδα του MIT κατάφερε να παρατηρήσει φως που ταξιδεύει στη Γη από έξι κβάζαρ σε αρχαίους γαλαξίες για περίπου 13 δισεκατομμύρια χρόνια.
«Το κβάζαρ ξεπερνά τον γαλαξία που τον φιλοξενεί κατά τάξεις μεγέθους. Και οι προηγούμενες εικόνες δεν ήταν αρκετά ευκρινείς για να δούμε πώς μοιάζει ο γαλαξίας υποδοχής με όλα τα αστέρια του», είπε το μέλος της ομάδας Minghao Yue, μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Kavli Institute for Astrophysics and Space Research, του MIT. «Τώρα, για πρώτη φορά, είμαστε σε θέση να αποκαλύψουμε το φως από αυτά τα αστέρια διαμορφώνοντας πολύ προσεκτικά τις πολύ πιο ευκρινείς εικόνες αυτών των κβάζαρ από το JWST».
Τα δεδομένα του JWST περιλάμβαναν μετρήσεις των εκπομπών φωτός από καθένα από τα έξι κβάζαρ σε ένα εύρος μηκών κύματος. Στη συνέχεια, αυτές οι πληροφορίες τροφοδοτήθηκαν σε ένα μοντέλο υπολογιστή που περιελάμβανε λεπτομερώς πόσο από αυτό το φως θα μπορούσε να αποδοθεί σε μια συμπαγή σημειακή πηγή –τον δίσκο συσσώρευσης γύρω από τη μαύρη τρύπα– και πόσο σε μια πιο διάχυτη πηγή – τα αστέρια που διασκορπίστηκαν σε όλο τον γαλαξία.
Διαχωρίζοντας το φως σε δύο πηγές, η ομάδα μπόρεσε επίσης να συμπεράνει τη μάζα και των δύο στοιχείων σε αυτούς τους γαλαξίες. Αυτό αποκάλυψε ότι οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες έχουν μάζα περίπου 10% της μάζας των αστεριών που τις περιβάλλουν.
Αν και αυτό μπορεί να ακούγεται σαν μια τεράστια ανισορροπία υπέρ των άστρων, σκεφτείτε ότι στους σύγχρονους γαλαξίες, οι κεντρικές υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες έχουν μάζα μόλις 0,1% της μάζας των αστεριών στους περιβάλλοντες γαλαξίες τους.
«Αυτό μας λέει κάτι για το τι μεγαλώνει πρώτα: Μεγαλώνει πρώτα η μαύρη τρύπα και μετά φτάνει ο γαλαξίας; Ή μήπως ο γαλαξίας και τα αστέρια του μεγαλώνουν πρώτα, τα οποία κυριαρχούν και ρυθμίζουν την ανάπτυξη της μαύρης τρύπας;» είπε ο Eilers. «Βλέπουμε ότι οι μαύρες τρύπες στο πρώιμο σύμπαν φαίνεται να αναπτύσσονται πιο γρήγορα από τους μητρικούς γαλαξίες τους.
«Αυτά είναι προκαταρκτικά στοιχεία ότι οι αρχικοί σπόροι της μαύρης τρύπας μπορεί να ήταν πιο ογκώδεις τότε».
παρόμοιες αναρτήσεις
– Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb ανακαλύπτει μια «εξαιρετικά κόκκινη» υπερμεγέθη μαύρη τρύπα που αναπτύσσεται στο πρώιμο σύμπαν
– Το λαμπρότερο κβάζαρ που έχει δει ποτέ τροφοδοτείται από μια μαύρη τρύπα που τρώει «έναν ήλιο την ημέρα».
—Τα «αστέρια της grava» που μοιάζουν με μαύρες τρύπες θα μπορούσαν να στοιβάζονται σαν ρωσικές κούκλες τσαγιού
«Μετά τη δημιουργία του σύμπαντος, υπήρχαν τρύπες από μαύρους σπόρους που στη συνέχεια κατανάλωσαν υλικό και αναπτύχθηκαν σε πολύ σύντομο χρονικό διάστημα. «Ένα από τα μεγάλα ερωτήματα είναι να κατανοήσουμε πώς αυτές οι γιγάντιες μαύρες τρύπες θα μπορούσαν να γίνουν τόσο μεγάλες και τόσο γρήγορα», κατέληξε ο Yue. «Πρέπει να υπήρχε ένας μηχανισμός που έκανε μια μαύρη τρύπα να αποκτήσει μάζα νωρίτερα από τον μητρικό γαλαξία σε αυτά τα πρώτα δισεκατομμύρια χρόνια».
«Είναι η πρώτη απόδειξη που βλέπουμε γι’ αυτό, κάτι που είναι συναρπαστικό».
Τα αποτελέσματα της ομάδας δημοσιεύονται στο Astrophysical Journal.