Χρησιμοποιώντας το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (JWST), οι αστρονόμοι ανακάλυψαν μια «εξαιρετικά κόκκινη» υπερμεγέθη μαύρη τρύπα που αναπτύσσεται στο μυστηριώδες πρώιμο σύμπαν.
Το κόκκινο χρώμα της υπερμεγέθους μαύρης τρύπας, που παρατηρήθηκε περίπου 700 εκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, είναι το αποτέλεσμα της διαστολής του σύμπαντος. Καθώς το σύμπαν διαστέλλεται προς τα έξω προς όλες τις κατευθύνσεις, το φως που κατευθύνεται προς εμάς μετατοπίζεται προς το κόκκινο.Σε αυτή την περίπτωση, το μετατοπισμένο φως στο κόκκινο δείχνει έναν παχύ μανδύα αερίου και σκόνης που καλύπτει τη μαύρη τρύπα.
Εξετάζοντας δεδομένα από το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb, η ομάδα αστρονομίας με επικεφαλής τον Lukas Furtak και τον Adi Zitrin του Πανεπιστημίου Ben-Gurion του Negev μπόρεσε να προσδιορίσει τη μάζα της υπερμεγέθους μαύρης τρύπας. Έχει περίπου 40 εκατομμύρια φορές τη μάζα του Ήλιου, και είναι απροσδόκητα ογκώδης σε σύγκριση με τον γαλαξία στον οποίο ζει.
Η ομάδα ανακάλυψε επίσης ότι η υπερμεγέθης μαύρη τρύπα, που βρίσκεται περίπου 12,9 δισεκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη, τροφοδοτείται γρήγορα από το αέριο και τη σκόνη που την περιβάλλουν. Με άλλα λόγια, μεγαλώνει.
Σχετίζεται με: Το πιο λαμπρό κβάζαρ που υπάρχει ποτέ παίρνει την ενέργειά του από μια μαύρη τρύπα που καταβροχθίζει έναν «ήλιο κάθε μέρα»
“Ήμασταν πολύ ενθουσιασμένοι όταν το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb άρχισε να μεταδίδει τα πρώτα του δεδομένα. Σαρώναμε τα δεδομένα που ήρθαν για το UNCOVER και τρία πολύ συμπαγή αλλά έντονα ανθισμένα κόκκινα αντικείμενα ξεχώρισαν και τράβηξαν την προσοχή μας.” είπε σε δήλωσή του. «Η εμφάνισή του ως «κόκκινη κουκκίδα» μας οδήγησε αμέσως να υποψιαστούμε ότι ήταν ένα αντικείμενο που μοιάζει με κβάζαρ».
“Οι τρεις κόκκινες κουκκίδες”
Τα κβάζαρ δημιουργούνται όταν άφθονες ποσότητες ύλης περιβάλλουν υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες όπως αυτή. Αυτό το υλικό σχηματίζει έναν δίσκο αερίου και σκόνης που ονομάζεται δίσκος προσαύξησης που τροφοδοτεί σταδιακά τη μαύρη τρύπα. Η τεράστια βαρυτική επιρροή της μαύρης τρύπας μετακινεί αυτήν την ύλη, δημιουργώντας ακραίες θερμοκρασίες και αναγκάζοντας την να λάμψει.
Επιπλέον, η ύλη που δεν πέφτει στην υπερμεγέθη μαύρη τρύπα κατευθύνεται στους πόλους του κοσμικού γίγαντα. Τα σωματίδια σε αυτές τις περιοχές επιταχύνονται σε ταχύτητες που πλησιάζουν την ταχύτητα του φωτός ως εξαιρετικά παράλληλοι πίδακες. Όταν αυτοί οι σχετικιστικοί πίδακες εκρήγνυνται, οι εκρήξεις συνοδεύονται από φωτεινές ηλεκτρομαγνητικές εκπομπές.
Ως αποτέλεσμα αυτών των φαινομένων, τα κβάζαρ που υποστηρίζονται από υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες σε ενεργούς γαλαξιακούς πυρήνες (AGN) είναι συχνά τόσο φωτεινά που το φως που εκπέμπουν συχνά υπερβαίνει το συνδυασμένο φως κάθε άστρου στον περιβάλλοντα γαλαξία.
Η τεράστια ποσότητα ακτινοβολίας που εκπέμπεται γύρω από αυτήν την υπερμεγέθη μαύρη τρύπα την έκανε να πάρει μια μικροσκοπική εμφάνιση σαν κουκκίδα στα δεδομένα του JWST.
“Η ανάλυση των χρωμάτων του αντικειμένου έδειξε ότι δεν ήταν ένας τυπικός γαλαξίας που σχηματίζει αστέρια. Αυτό υποστηρίζει την υπόθεση της υπερμεγέθους μαύρης τρύπας”, δήλωσε στη δήλωση η Rachel Bezanson, από το Πανεπιστήμιο του Πίτσμπουργκ και συνεπικεφαλής του προγράμματος UNCOVER. «Σε συνδυασμό με το μικρό της μέγεθος, κατέστη σαφές ότι ήταν πιθανότατα μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα, αν και ήταν ακόμα διαφορετική από άλλα κβάζαρ που υπήρχαν εκείνες τις πρώτες εποχές».
Το πρώιμο κβάζαρ δεν θα είχε δει ούτε το ισχυρό υπέρυθρο μάτι του JWST χωρίς λίγη βοήθεια από την πρόσκρουση που είχε προβλέψει ο Άλμπερτ Αϊνστάιν το 1915.
Φακός Αϊνστάιν
Η θεωρία της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν προτείνει ότι τα αντικείμενα με μάζα παραμορφώνουν τον ιστό του χώρου και του χρόνου, τα οποία πραγματικά συνδυάζονται ως μια ενιαία οντότητα που ονομάζεται «χωροχρόνος». Η θεωρία συνεχίζει ότι η βαρύτητα προκύπτει ως αποτέλεσμα αυτής της καμπυλότητας. Όσο μεγαλύτερη είναι η μάζα ενός αντικειμένου, τόσο μεγαλύτερη είναι η «ακραία» καμπυλότητα του χωροχρόνου.
Έτσι, αυτή η καμπυλότητα όχι μόνο λέει στους πλανήτες πώς να κινούνται γύρω από αστέρια και αστέρια και πώς να κινούνται γύρω από τα κέντρα των γαλαξιών τους, αλλά αλλάζει επίσης τα μονοπάτια του φωτός που προέρχεται από αυτά τα αστέρια.
Όσο πιο κοντά είναι το φως σε ένα αντικείμενο με μάζα, τόσο πιο «καμπύλη» είναι η διαδρομή του. Διαφορετικές διαδρομές φωτός από ένα μεμονωμένο αντικείμενο φόντου μπορούν έτσι να λυγίσουν από το προσκήνιο ή το “αντικείμενο φακού”, αλλάζοντας την εμφάνιση της θέσης του αντικειμένου φόντου. Μερικές φορές, το εφέ μπορεί να προκαλέσει την εμφάνιση ενός αντικειμένου φόντου σε πολλά σημεία στην ίδια εικόνα του ουρανού. Άλλες φορές, το φως από ένα αντικείμενο φόντου απλώς ενισχύεται και αυτό το αντικείμενο μεγεθύνεται.
Αυτό το φαινόμενο είναι γνωστό ως «βαρυτικός φακός».
Σε αυτήν την περίπτωση, το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb χρησιμοποίησε ένα σμήνος γαλαξιών που ονομάζεται Abell 2744 ως αντικείμενο φακού στο προσκήνιο για να ενισχύσει το φως από τους γαλαξίες του φόντου, οι οποίοι είναι πολύ μακρινοί για να δούμε. Αυτό αποκάλυψε το πολύ κόκκινο κβάζαρ στο οποίο εστίασαν, το οποίο αρχικά ήταν τρεις κόκκινες κουκκίδες.
«Χρησιμοποιήσαμε το μοντέλο αριθμητικού φακού που κατασκευάσαμε για το σμήνος γαλαξιών για να προσδιορίσουμε ότι οι τρεις κόκκινες κουκκίδες πρέπει να είναι πολλαπλές εικόνες της ίδιας πηγής φόντου, που φάνηκαν όταν το σύμπαν ήταν μόλις περίπου 700 εκατομμυρίων ετών», είπε ο Zittrain.
Περαιτέρω ανάλυση της πηγής φόντου αποκάλυψε ότι το φως της πρέπει να προέρχεται από μια συμπαγή περιοχή.
«Όλο το φως από αυτόν τον γαλαξία θα έπρεπε να χωρέσει σε μια περιοχή τόσο μικρή όσο ένα υπάρχον αστρικό σμήνος», είπε το μέλος της ομάδας Jenny Green, ερευνήτρια στο Πανεπιστήμιο του Πρίνστον. «Η μεγέθυνση της πηγής με βαρυτικό φακό μας έδωσε ωραία όρια στο μέγεθος .» δήλωση. «Ακόμα κι αν συσσωρεύαμε όλα τα πιθανά αστέρια σε μια τόσο μικρή περιοχή, η μαύρη τρύπα θα κατέληγε να αποτελεί τουλάχιστον το 1% της συνολικής μάζας του συστήματος».
Αυτή η ανακάλυψη προσθέτει περαιτέρω μυστήριο στο πώς οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες, οι οποίες μπορεί να είναι εκατομμύρια (ή και δισεκατομμύρια) φορές μεγαλύτερης μάζας από τον Ήλιο, μεγάλωσαν σε τέτοια 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 ενδιαφέρουσες προοπτικές για την ανάπτυξη της μαύρης τρύπας και του γαλαξία ξενιστή και την αλληλεπίδραση μεταξύ τους, η οποία δεν είναι καλά κατανοητή», είπε ο Green. .
Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb έχει ανιχνεύσει μεγάλο αριθμό «μικρών κόκκινων κουκκίδων» με την πάροδο του χρόνου. Αυτά θα μπορούσαν επίσης να υποδεικνύουν την τροφοδοσία τεράστιων κβάζαρ που τροφοδοτούνται από μαύρες τρύπες στο πρώιμο σύμπαν, πράγμα που θα μπορούσε να σημαίνει ότι το μυστήριο της εκπληκτικής ανάπτυξης μαύρης τρύπας θα μπορούσε σύντομα να λυθεί.
«Κατά κάποιο τρόπο, αυτό είναι το αστροφυσικό ισοδύναμο του προβλήματος με το κοτόπουλο και το αυγό», κατέληξε ο Zittrain. «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.
“Ερασιτέχνης διοργανωτής. Εξαιρετικά ταπεινός web maven. Ειδικός κοινωνικών μέσων Wannabe. Δημιουργός. Thinker.”