Εντοπίστηκε γιγάντια μαύρη τρύπα που δημιουργήθηκε πριν από το γαλαξία της

Στην αστρονομική κοινότητα το ερώτημα το αν η κότα έκανε το αβγό ή το αβγό την κότα έχει αντικατασταθεί από το αν ο γαλαξίας προηγείται μιας μαύρης τρύπας ή συμβαίνει το αντίθετο. Μια νέα ανακάλυψη φαίνεται να δίνει την απάντηση σε αυτόν τον κοσμολογικό γρίφο.

Οι ειδικοί θεωρούσαν εδώ και καιρό ότι πιθανότερο είναι να προηγείται ο γαλαξίας αφού για τη γέννηση μιας μαύρης τρύπας απαιτείται η ύπαρξη άστρων τα οποία γεννιούνται, εξελίσσονται και πεθαίνουν μέσα σε γαλαξίες. Η κατάρρευση άστρων, κατά βάση μεγάλων σε μέγεθος, οδηγεί στη δημιουργία μαύρων τρυπών.

Ωστόσο τα τελευταία χρόνια ειδικά μετά την λειτουργία του πανίσχυρου διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb εντοπίζονται μαύρες τρύπες με μάζα εκατομμύρια ή και δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από αυτή του Ήλιου οι οποίες υπήρχαν στο πρώιμο Σύμπαν πονοκεφαλιάζοντας τους επιστήμονες για το πώς κατάφεραν να μεγαλώσουν τόσο γρήγορα αφού δεν υπήρχε η απαραίτητη διαθέσιμη ύλη (πολλοί γαλαξίες με πλήθος μεγάλων άστρων) εκείνη τη χρονική περίοδο.

Ερευνητική ομάδα χρησιμοποιώντας το James Webb εντόπισαν σαφείς ενδείξεις ότι ορισμένες υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες ήταν τεράστιες ήδη από τη γέννησή τους η οποία δεν συνδέεται με κατάρρευση άστρων και χωρίς να διαθέτουν έναν πολύ μεγαλύτερο γαλαξία που θα τις τροφοδοτούσε στη συνέχεια.

«Πρόκειται για ένα εντυπωσιακό εύρημα. Είναι μια αλλαγή παραδείγματος, μια πλήρης αναθεώρηση των κλασικών σεναρίων για το πώς σχηματίζονται και αναπτύσσονται οι μαύρες τρύπες» λέει ο Ρομπέρτο Μαϊολίνο από το Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ στο συν-συγγραφέας μελετών που δημοσιεύθηκαν στις επιθεωρήσεις «Nature» και «Monthly Notices of the Royal Astronomical Society».

Η ανακάλυψη

Το συμπέρασμα της ομάδας βασίζεται σε λεπτομερείς παρατηρήσεις του Abell2744-QSO1 (QSO1), ενός σώματος που ανήκει στην οικογένεια κοσμικών αντικειμένων που αποκαλούνται «μικρές κόκκινες κουκκίδες» που είναι μυστηριώδη αντικείμενα που παρατήρησε πρόσφατα το τηλεσκόπιο James Webb στα βάθη του Σύμπαντος.

Το QSO1 υπήρχε μόλις 700 εκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Παρότι το QSO1 έχει διάμετρο μόλις 1.300 έτη φωτός και το φως του ταξιδεύει προς εμάς για περισσότερα από 13 δισεκατομμύρια χρόνια είναι ευκολότερο να μελετηθεί από άλλα παρόμοια αντικείμενα επειδή μεγεθύνεται βαρυτικά από το σμήνος γαλαξιών Abell 2744, γνωστό και ως «Σμήνος της Πανδώρας». Το QSO1 εμφανίζεται μάλιστα σε τρία διαφορετικά σημεία στον ουρανό.

Τα ευρήματα

Οι αρχικές μελέτες έδειξαν ισχυρές ενδείξεις ότι το QSO1 ίσως δεν είναι τίποτε περισσότερο από ένα νέφος λαμπερού αερίου υδρογόνου και ηλίου που περιφέρεται γύρω από μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα με μάζα περίπου 40 εκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από αυτή του Ήλιου. Όμως όπως και με άλλες πρώιμες μαύρες τρύπες που ανακάλυψε το James Webb υπήρχε αβεβαιότητα για το αν ήταν πράγματι τόσο τεράστια.

«Μέχρι τώρα όλες οι μετρήσεις μαζών μαύρων τρυπών στο πρώιμο Sύμπαν ήταν έμμεσες, βασισμένες σε υποθέσεις από όσα γνωρίζουμε για τις μαύρες τρύπες στο κοντινό Σύμπαν. Δεν γνωρίζαμε αν αυτές οι υποθέσεις ισχύουν και για το μακρινό Σύμπαν», δήλωσε ο Φραντσέσκο Ντι Ευτζένιο επίσης από το Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ.

Η ομάδα συνειδητοποίησε ότι αν η μαύρη τρύπα του QSO1 ήταν όντως τόσο μεγάλη όσο φαινόταν τότε θα μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν τη μονάδα ολοκληρωμένου πεδίου του φασματογράφου NIRSpec του Webb για να εντοπίσουν τις επιδράσεις της βαρύτητάς της στο αέριο που περιστρέφεται γύρω της, ενώ παράλληλα θα χαρτογραφούσαν την κατανομή διαφόρων στοιχείων μέσα στο αέριο.

Ο Ίγκνας Τζουντζμπάλις από το Πανεπιστήμιο Κέιμπριτζ  και ο Κόσιμο Μαρκοντσίνι από το Πανεπιστήμιο της Φλωρεντίας χρησιμοποίησαν αυτές τις παρατηρήσεις για να χαρτογραφήσουν τις κινήσεις του υδρογόνου γύρω από τη μαύρη τρύπα. Όταν υπολόγισαν την ταχύτητα περιστροφής σε σχέση με την απόσταση από το κέντρο, διαπίστωσαν ότι το αέριο ακολουθεί κεπλεριανή κίνηση: περιστρέφεται γύρω από ένα κεντρικό σημείο όπως οι πλανήτες γύρω από τον Ήλιο.

«Αυτό είναι σημαντικό γιατί μας δείχνει ότι το μεγαλύτερο μέρος της μάζας του QSO1 συγκεντρώνεται στη μαύρη τρύπα στο κέντρο. Αν η μάζα ήταν πιο κατανεμημένη, όπως θα συνέβαινε αν υπήρχαν πολλά άστρα, το αέριο δεν θα παρουσίαζε αυτή την τέλεια κεπλεριανή περιστροφή» λέει ο Τζουντζμπάλις. Επειδή η κεπλεριανή κίνηση υπακούει σε απλούς νόμους βαρύτητας, η ομάδα κατάφερε να χρησιμοποιήσει τις μετρήσεις ταχύτητας του αερίου για να υπολογίσει άμεσα τη μάζα της μαύρης τρύπας κάτι που δεν είχε επιτευχθεί ποτέ στο παρελθόν.

Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι η μαύρη τρύπα δεν είναι απλώς τεράστια — περίπου 50 εκατομμύρια ηλιακές μάζες — αλλά αποτελεί τουλάχιστον τα δύο τρίτα της συνολικής μάζας του QSO1. Το ποσοστό αυτό είναι χιλιάδες φορές μεγαλύτερο από εκείνο που παρατηρείται σε κοντινούς γαλαξίες όπου οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες αποτελούν μόνο ένα μικρό κλάσμα της συνολικής μάζας του γαλαξία τους.

Η επιβεβαίωση και η προέλευση

Οι χάρτες σύνθεσης του αερίου επιβεβαίωσαν αυτά τα αποτελέσματα δείχνοντας ότι το QSO1 αποτελείται σχεδόν εξ ολοκλήρου από υδρογόνο και ήλιο με ελάχιστα βαρύτερα στοιχεία όπως το οξυγόνο που θα αναμένονταν σε έναν γαλαξία πλούσιο σε άστρα και αστρικά κατάλοιπα. Η μεταλλικότητά του είναι μικρότερη από το 0,5% αυτής του Ήλιου γεγονός που το καθιστά ένα από τα πιο «παρθένα» γαλαξιακά περιβάλλοντα που έχουν μετρηθεί ποτέ.

«Πρόκειται για ένα εκπληκτικό αποτέλεσμα. Είναι η πρώτη άμεση μέτρηση μάζας μαύρης τρύπας μέσα στο πρώτο δισεκατομμύριο χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη και συμφωνεί με τις προηγούμενες εκτιμήσεις» λέει ο Μαϊολίνο.

Η δυσανάλογα μεγάλη μάζα της μαύρης τρύπας του QSO1 σε σχέση με τον γαλαξία που τη φιλοξενεί υποδηλώνει ότι δεν μπορεί να σχηματίστηκε σταδιακά από πολύ μικρότερες μαύρες τρύπες αστρικής μάζας που συγχωνεύθηκαν και τροφοδοτήθηκαν με ύλη.

«Φαίνεται πως βρήκαμε μια μαύρη τρύπα που δεν διαθέτει έναν ουσιαστικό γαλαξία-ξενιστή και η οποία προϋπήρξε των αστρικών διεργασιών. Αυτό είναι πολύ συναρπαστικό, επειδή αποτελεί ένδειξη για αρχέγονες μαύρες τρύπες ή μαύρες τρύπες άμεσης κατάρρευσης, οι οποίες είχαν θεωρηθεί θεωρητικά αλλά δεν είχαν επιβεβαιωθεί» αναφέρει ο ο Τζουντζμπάλις.

Είτε η μαύρη τρύπα του QSO1 προήλθε από έναν «βαρύ σπόρο» που σχηματίστηκε μέσα στο πρώτο δευτερόλεπτο μετά τη Μεγάλη Έκρηξη είτε λίγο αργότερα από την κατάρρευση ενός γιγάντιου νέφους αερίου σχεδόν σίγουρα γεννήθηκε ήδη τεράστια και ίσως βρίσκεται στα πρώτα στάδια δημιουργίας ενός γαλαξία γύρω της.

Η ομάδα θεωρεί ότι οι μικρές κόκκινες κουκκίδες όπως το QSO1 δεν ήταν σπάνια στο πρώιμο Σύμπαν και ήδη αναλύει παρόμοια αντικείμενα για να διαπιστώσει αν οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες πράγματι προϋπήρχαν των γαλαξιών στους οποίους βρίσκονται σήμερα.

Naftemporiki.gr