Οι παράξενες κόκκινες κουκκίδες που εντόπισαν οι αστρονόμοι

Μικροσκοπικές, κόκκινες και σχεδόν αδύνατον να εξηγηθούν. Εμφανίστηκαν στις πρώτες εικόνες που έστειλε το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb και από τότε έχουν εξελιχθεί σε ένα από τα πιο συναρπαστικά αινίγματα της σύγχρονης Αστρονομίας.

Οι επιστήμονες τις ονόμασαν απλώς «μικρές κόκκινες κουκκίδες» (little red dots). Όμως, πίσω από την ταπεινή ονομασία τους μπορεί να κρύβεται η απάντηση σε ένα από τα μεγαλύτερα ερωτήματα της Κοσμολογίας: Πώς κατάφεραν οι πρώτες μαύρες τρύπες να αποκτήσουν τεράστια μάζα τόσο σύντομα μετά τη Μεγάλη Έκρηξη;

Όπως εξηγεί ο Economist, οι αστρονόμοι έχουν χωριστεί σε δύο στρατόπεδα. Το ένα θεωρεί ότι πρόκειται για μαύρες τρύπες που μεγαλώνουν με πρωτοφανείς ρυθμούς. Το άλλο υποστηρίζει ότι ίσως έχουμε ανακαλύψει ένα εντελώς νέο είδος ουράνιου σώματος: ένα αντικείμενο που μοιάζει με άστρο, αλλά τροφοδοτείται από μια μαύρη τρύπα κρυμμένη στην καρδιά του.

Και οι δύο εξηγήσεις έχουν προβλήματα. Καμία, όμως, δεν μπορεί εύκολα να απορριφθεί.

Ένα μυστήριο ηλικίας 13,4 δισεκατομμυρίων ετών

Όταν το James Webb άρχισε να στέλνει τις πρώτες εικόνες του, το 2022, οι αστρονόμοι περίμεναν να δουν μακρινούς γαλαξίες, αστέρια και νεφελώματα.

Ανάμεσά τους, όμως, εντόπισαν μικροσκοπικά φωτεινά σημεία με έντονη κοκκινωπή απόχρωση. Τα αντικείμενα αυτά έχουν συνήθως διάμετρο μικρότερη από το 0,5% της διαμέτρου του Γαλαξία μας. Παρά το μέγεθός τους, εκπέμπουν εξαιρετικά ισχυρό φως.

Το εντυπωσιακότερο χαρακτηριστικό τους είναι η ηλικία τους. Τα αρχαιότερα από αυτά ανάγονται στην εποχή που το Σύμπαν ήταν μόλις 500 εκατομμυρίων ετών, περίπου 13,4 δισεκατομμύρια χρόνια πριν.

Μέχρι σήμερα έχουν εντοπιστεί περισσότερα από 500 και ο αριθμός τους συνεχώς αυξάνεται.

«Σε κάθε εικόνα που τραβάμε, βλέπουμε ένα από αυτά τα αντικείμενα να μας κοιτάζει», λέει ο αστρονόμος Ρόχαν Ναϊντού, από το Πανεπιστήμιο της Χαβάης, ο οποίος συμμετείχε στην ομάδα που καθιέρωσε την ονομασία τους.

Η συχνότητά τους υποδηλώνει ότι δεν πρόκειται για κάποια εξαιρετικά σπάνια κοσμική ιδιορρυθμία.

Τα αντικείμενα που αρχικά φάνηκαν να «σπάνε» τους νόμους του Σύμπαντος
Η πρώτη ερμηνεία ήταν ότι οι κόκκινες κουκκίδες αποτελούσαν πολύ μακρινούς, ήδη ανεπτυγμένους γαλαξίες.

Υπήρχε, όμως, ένα τεράστιο πρόβλημα. Εάν επρόκειτο πράγματι για ώριμους γαλαξίες με μεγάλο αριθμό άστρων, τότε θα έπρεπε να είχαν σχηματιστεί πολύ ταχύτερα από όσο επέτρεπαν τα καθιερωμένα μοντέλα κοσμικής εξέλιξης.

Ορισμένοι επιστήμονες έφτασαν να τις αποκαλούν universe breakers, καθώς η ύπαρξή τους φαινόταν να αμφισβητεί τη συμβατική εικόνα για την ηλικία και την εξέλιξή του Σύμπαντος.

Η συζήτηση άλλαξε κατεύθυνση στις αρχές του 2023. Ο αστρονόμος Ντέιλ Κοτσέφσκι, από το Colby College του Μέιν, και οι συνεργάτες του εντόπισαν ένα ιδιαίτερο χαρακτηριστικό στο φάσμα του φωτός των αντικειμένων.

Τα δεδομένα υποδείκνυαν την παρουσία πυκνού υδρογόνου, το οποίο κινούνταν με εξαιρετικά μεγάλες ταχύτητες.

Για να κινηθεί αέριο με τέτοιους ρυθμούς, απαιτείται τεράστια βαρυτική δύναμη συγκεντρωμένη σε πολύ μικρό χώρο.

Και αυτό παρέπεμπε σε έναν γνώριμο, αλλά ακραίο πρωταγωνιστή του Σύμπαντος: τη μαύρη τρύπα.

Πώς μπορεί να λάμπει κάτι από το οποίο δεν ξεφεύγει ούτε το φως;

Η εξήγηση μοιάζει αρχικά αντιφατική. Οι μαύρες τρύπες έχουν τόσο ισχυρή βαρύτητα ώστε ούτε το φως δεν μπορεί να διαφύγει από το εσωτερικό τους.

Πώς, λοιπόν, μπορούν να ευθύνονται για αυτά τα εξαιρετικά φωτεινά αντικείμενα;

Η απάντηση βρίσκεται στο υλικό που πέφτει προς αυτές. Καθώς αέρια και άλλα υλικά πλησιάζουν μια μαύρη τρύπα, θερμαίνονται σε τεράστιες θερμοκρασίες και εκπέμπουν ακτινοβολία προτού περάσουν τον ορίζοντα γεγονότων.

Οι ενεργοί γαλαξιακοί πυρήνες, που τροφοδοτούνται από υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες, συγκαταλέγονται στις φωτεινότερες πηγές ακτινοβολίας του Σύμπαντος.

Σύμφωνα με την πρώτη θεωρία, οι κόκκινες κουκκίδες είναι ουσιαστικά τέτοιες μαύρες τρύπες, περιβαλλόμενες από τεράστιες ποσότητες αερίου.

Το αέριο λειτουργεί σαν ένα πυκνό περίβλημα που απορροφά και μεταβάλλει την ακτινοβολία, δίνοντάς της την χαρακτηριστική κόκκινη απόχρωση.

Υπάρχει, ωστόσο, μια σημαντική δυσκολία. Οι συνηθισμένοι ενεργοί γαλαξιακοί πυρήνες εκπέμπουν και ισχυρές ακτίνες Χ. Οι μικρές κόκκινες κουκκίδες, αντιθέτως, σχεδόν καθόλου.

Οι υποστηρικτές της θεωρίας απαντούν ότι οι μαύρες τρύπες μπορεί να απορροφούν υλικό με τόσο ακραίους ρυθμούς ώστε η πυκνή ύλη γύρω τους να εμποδίζει τις ακτίνες Χ να διαφύγουν.

Η δεύτερη θεωρία: Άστρα με μαύρες τρύπες στην καρδιά τους

Μια άλλη ομάδα αστρονόμων προτείνει κάτι ακόμη πιο παράξενο.

Οι κόκκινες κουκκίδες ίσως δεν είναι ούτε συμβατικά άστρα ούτε συνηθισμένοι ενεργοί γαλαξιακοί πυρήνες.

Ίσως αποτελούν ένα νέο είδος ουράνιου σώματος, που οι επιστήμονες ονομάζουν «άστρα μαύρης τρύπας» (black-hole stars).

Σύμφωνα με αυτή την υπόθεση, στο κέντρο βρίσκεται μια μαύρη τρύπα, η οποία περιβάλλεται από ένα εξαιρετικά πυκνό περίβλημα αερίου.

Η ακτινοβολία που παράγεται κοντά στη μαύρη τρύπα δεν μπορεί να διαφύγει απευθείας.

Αντίθετα, απορροφάται από τα εσωτερικά στρώματα αερίου και επανεκπέμπεται σε μεγαλύτερα μήκη κύματος. Η διαδικασία επαναλαμβάνεται σε διαδοχικά στρώματα, ώσπου η ακτινοβολία φτάνει στην εξωτερική επιφάνεια.

Το αποτέλεσμα θα ήταν ένα αντικείμενο που, παρατηρούμενο από μακριά, μοιάζει με άστρο.

Μόνο που αντί να αντλεί ενέργεια από πυρηνική σύντηξη, όπως ο Ήλιος μας, θα τροφοδοτούνταν από τη μαύρη τρύπα στο εσωτερικό του.

Ο Ρόχαν Ναϊντού θεωρεί ότι οι αστρονόμοι ίσως χρειάζεται να αποδεχθούν πως έχουν βρεθεί μπροστά σε μια εντελώς νέα κατηγορία αστροφυσικών αντικειμένων.

Αλλά και αυτή η θεωρία έχει αδυναμίες. Σε ορισμένες κόκκινες κουκκίδες έχει παρατηρηθεί ακτινοβολία που φαίνεται να διαφεύγει από το εσωτερικό περίβλημα, κάτι που το συγκεκριμένο μοντέλο δυσκολεύεται να εξηγήσει.

Το στοιχείο των 50 εκατομμυρίων Ήλιων

Η διαμάχη θα μπορούσε να κριθεί από ένα χαρακτηριστικό: τη μάζα των αντικειμένων.

Οι δύο θεωρίες προβλέπουν πολύ διαφορετικά μεγέθη. Τον Μάιο του 2026, ομάδα ερευνητών με επικεφαλής τον Ίγκνας Γιουοτζμπάλις, τότε στο Πανεπιστήμιο του Κέμπριτζ, δημοσίευσε στο επιστημονικό περιοδικό Nature την πρώτη εκτίμηση μάζας μιας μικρής κόκκινης κουκκίδας.

Οι επιστήμονες μελέτησαν την κίνηση του αερίου γύρω από το αντικείμενο και υπολόγισαν ότι η μάζα του αντιστοιχεί περίπου σε 50 εκατομμύρια φορές τη μάζα του Ήλιου.

Το αποτέλεσμα ενίσχυσε τη θεωρία ότι πρόκειται για ενεργό πυρήνα που τροφοδοτείται από μια τεράστια μαύρη τρύπα.

Ωστόσο, η μέτρηση αμφισβητείται. Η αστρονόμος Τζένι Γκριν, από το Πανεπιστήμιο Πρίνστον, υποστηρίζει ότι η μέθοδος δεν είναι κατ’ ανάγκην αξιόπιστη όταν εφαρμόζεται σε ένα χαοτικό νέφος αερίου, αντί σε σαφώς διακριτά ουράνια σώματα.

Ακόμη και ο επικεφαλής της έρευνας αναγνωρίζει ότι μία μόνο μέτρηση δεν αρκεί για να λυθεί το μυστήριο.

Πώς γεννήθηκαν οι πρώτες γιγάντιες μαύρες τρύπες;

Η σημασία της ανακάλυψης ξεπερνά κατά πολύ την ταυτότητα μερικών εκατοντάδων κόκκινων σημείων.

Σήμερα γνωρίζουμε ότι στο κέντρο πολλών μεγάλων γαλαξιών βρίσκονται υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες, με μάζες εκατομμύρια ή και δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερες από εκείνη του Ήλιου.

Εκείνο που δεν γνωρίζουμε με βεβαιότητα είναι πώς ορισμένες από αυτές κατάφεραν να μεγαλώσουν τόσο πολύ στα πρώτα στάδια της ιστορίας του Σύμπαντος.

Εάν οι κόκκινες κουκκίδες είναι «άστρα μαύρης τρύπας», τότε ίσως αποδεικνύουν ότι οι πρώτες μαύρες τρύπες ξεκίνησαν σχετικά μικρές και αναπτύχθηκαν εξαιρετικά γρήγορα, απορροφώντας το αέριο που τις περιέβαλλε.

Εάν, αντίθετα, πρόκειται για ήδη τεράστιες μαύρες τρύπες, τότε θα πρέπει να εξηγηθεί πώς απέκτησαν τόσο μεγάλη αρχική μάζα τόσο νωρίς στην κοσμική ιστορία.

Η απάντηση θα μπορούσε να αλλάξει την κατανόησή μας όχι μόνο για τη δημιουργία των μαύρων τρυπών, αλλά και για τον σχηματισμό των πρώτων γαλαξιών.

Το παράδοξο είναι ότι μερικά από τα μικρότερα φωτεινά σημεία που έχει καταγράψει το James Webb ίσως κρατούν το κλειδί για την προέλευση των μεγαλύτερων και πιο αινιγματικών αντικειμένων του Σύμπαντος.