Όπως κάθε αντικείμενο, έτσι και οι μαύρες τρύπες χρειάζονται χρόνο για να αναπτυχθούν και να σχηματιστούν. Σαν ένα μικρό παιδί ύψους 6 ποδιών, οι τεράστιες μαύρες τρύπες της Van ήταν πολύ μεγάλες για την ηλικία της και το σύμπαν δεν ήταν αρκετά μεγάλο για να συσσωρεύσει τη βαρύτητα δισεκατομμυρίων ήλιων. Για να εξηγήσουν αυτά τα φουσκωμένα μωρά, οι φυσικοί έπρεπε να εξετάσουν δύο ζοφερές επιλογές.
Πριν από δεκαετίες, ο Xiaohui Fan, ένας αστρονόμος στο Πανεπιστήμιο της Αριζόνα, βοήθησε στην ανακάλυψη μιας σειράς κβάζαρ – φωτεινές, υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες – των οποίων η ακραία νεότητα και το μέγεθος αψηφούσαν τις τυπικές θεωρίες σχηματισμού μαύρων τρυπών.Φωτογραφία: Todd Lauer
Το πρώτο είναι ότι οι γαλαξίες Βαν ξεκίνησαν γεμάτοι με τυπικές μαύρες τρύπες περίπου αστρικής μάζας του είδους που συχνά αφήνουν πίσω τους οι σουπερνόβα. Αυτά στη συνέχεια αυξήθηκαν με τη συγχώνευση και την κατάποση του περιβάλλοντος αερίου και της σκόνης. Κανονικά, εάν μια μαύρη τρύπα τροφοδοτείται αρκετά έντονα, το ρεύμα ακτινοβολίας σπρώχνει τα συντρίμματά της μακριά. Αυτό σταματά τη φρενίτιδα τροφοδοσίας και θέτει ένα όριο στο πόσο γρήγορα μπορεί να αναπτυχθεί η μαύρη τρύπα, το οποίο οι επιστήμονες αποκαλούν όριο Έντινγκτον. Αλλά είναι ένα μαλακό ταβάνι: ένα συνεχές ρεύμα σκόνης μπορεί να υπερνικήσει τη ροή ακτινοβολίας. Ωστόσο, είναι δύσκολο να φανταστεί κανείς ότι μια τέτοια ανάπτυξη «σούπερ Έντινγκτον» θα διατηρηθεί για αρκετό καιρό ώστε να εξηγήσει τα τέρατα των van, καθώς θα έπρεπε να διογκωθούν με ασύλληπτη ταχύτητα.
Ή ίσως θα μπορούσε να δημιουργήσει απίθανα μεγάλες μαύρες τρύπες. Σύννεφα αερίου στο πρώιμο σύμπαν μπορεί να έχουν καταρρεύσει απευθείας σε μαύρες τρύπες που ζυγίζουν αρκετές χιλιάδες ήλιους, παράγοντας αντικείμενα που ονομάζονται βαρείς σπόροι. Αυτό το σενάριο είναι επίσης δύσκολο να γίνει αποδεκτό, επειδή τέτοια μεγάλα, συσσωματωμένα νέφη αερίου θα έπρεπε να διασπαστούν σε αστέρια προτού μπορέσουν να σχηματίσουν μια μαύρη τρύπα.
Μία από τις προτεραιότητες του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb είναι να αξιολογήσει αυτά τα δύο σενάρια εξετάζοντας το παρελθόν και συλλαμβάνοντας τους αμυδρά προκατόχους των γαλαξιών Van. Αυτοί οι πρόδρομοι δεν θα είναι εντελώς κβάζαρ, αλλά γαλαξίες με κάπως μικρότερες μαύρες τρύπες στο δρόμο τους για να γίνουν κβάζαρ. Με το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb, οι επιστήμονες έχουν τις καλύτερες πιθανότητες να εντοπίσουν μαύρες τρύπες που μόλις έχουν αρχίσει να αναπτύσσονται, αντικείμενα αρκετά μικρά ώστε οι ερευνητές να μπορούν να προσδιορίσουν το βάρος γέννησής τους.
Αυτός είναι ένας λόγος για τον οποίο μια ομάδα αστρονόμων στο Scientific Survey of Cosmic Evolution Early Evolution ή CEERS, με επικεφαλής τον Dale Kossiewski του Κολλεγίου Colby, άρχισαν επιπλέον δουλειά όταν παρατήρησαν για πρώτη φορά σημάδια τέτοιων μικρών μαύρων τρυπών που εμφανίστηκαν τις ημέρες μετά τα Χριστούγεννα.
«Είναι εντυπωσιακό πόσα από αυτά υπάρχουν», έγραψε. Τζιχάν Καρταλτεπέαστρονόμος στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας του Ρότσεστερ, κατά τη διάρκεια μιας συζήτησης για το Slack.
«Πολλά κρυμμένα τερατάκια», απάντησε ο Kosevski.
Εικονογράφηση: Samuel Velasco/Quanta Magazine
Μια αυξανόμενη ορδή τεράτων
Στα φάσματα CEERS, μερικοί γαλαξίες πήδηξαν αμέσως έξω για να κρύψουν μικροσκοπικές μαύρες τρύπες—μικρά τέρατα. Σε αντίθεση με τα αδέρφια τους από τη βανίλια, αυτοί οι γαλαξίες εξέπεμπαν φως που δεν έφτανε ούτε μια ορατή απόχρωση υδρογόνου. Αντίθετα, η γραμμή υδρογόνου κηλιδώθηκε ή διευρύνθηκε σε μια γκάμα χρωμάτων, υποδεικνύοντας ότι μερικά από τα κύματα φωτός συνθλίβονταν καθώς τα περιφερόμενα σύννεφα αερίου επιτάχυναν προς το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (ακριβώς όπως ένα ασθενοφόρο που πλησιάζει εκπέμπει ένα ουρλιαχτό ουρλιαχτό. ηχητικά κύματα μιας ειδικής σειρήνας συμπιέζονται Με αυτήν) ενώ απελευθερώνεται μια άλλη Τα κύματα απλώνονταν ενώ τα σύννεφα πετούσαν μακριά. Ο Kosevski και οι συνεργάτες του γνώριζαν ότι οι μαύρες τρύπες ήταν το μόνο αντικείμενο ικανό να εκτοξεύσει υδρογόνο με αυτόν τον τρόπο.
«Ο μόνος τρόπος για να δούμε το μεγάλο συστατικό του αερίου να περιφέρεται γύρω από τη μαύρη τρύπα είναι να κοιτάξουμε κατευθείαν κάτω από τον γαλαξία και απευθείας στη μαύρη τρύπα», είπε ο Kosevski.
Μέχρι τα τέλη Ιανουαρίου, η ομάδα του CEERS μπόρεσε να κυκλοφορήσει μια προκαταρκτική έκδοση που περιγράφει δύο από τα «κρυμμένα μικρά τέρατα», όπως τα αποκαλούσαν. Στη συνέχεια, η ομάδα ξεκίνησε να μελετήσει συστηματικά μια ευρύτερη διατομή των εκατοντάδων γαλαξιών που συλλέχθηκαν από το πρόγραμμά της για να ανακαλύψει πόσες μαύρες τρύπες υπάρχουν εκεί έξω. Αλλά ανακαλύφθηκαν από μια άλλη ομάδα, με επικεφαλής τον Yoichi Harikane του Πανεπιστημίου του Τόκιο, λίγες εβδομάδες αργότερα. Η ομάδα Harrican έψαξε 185 από τους πιο μακρινούς γαλαξίες CEERS Βρέθηκαν 10 Με ευρείες γραμμές υδρογόνου, που είναι πιθανό να συμβεί σε κεντρικές μαύρες τρύπες με μάζα ενός εκατομμυρίου ηλιακών μαζών σε μετατοπίσεις μεταξύ 4 και 7. Στη συνέχεια, τον Ιούνιο, δύο ακόμη έρευνες με επικεφαλής… Jorrit Mathi Άλλες 20 συσκευές εντοπίστηκαν από το Ελβετικό Ομοσπονδιακό Ινστιτούτο Τεχνολογίας στη Ζυρίχη.Μικρές κόκκινες κουκκίδες«Με ευρείες γραμμές υδρογόνου: μαύρες τρύπες σε τροχιά γύρω από την ερυθρή μετατόπιση 5. Ανάλυση Δημοσιεύτηκε στις αρχές Αυγούστου Ανακοίνωσε δώδεκα ακόμη εταιρείες, μερικές από τις οποίες ενδέχεται να βρίσκονται σε διαδικασία ανάπτυξης μέσω συγχωνεύσεων.