NASA: Το τηλεσκόπιο James Webb αποκάλυψε την ταχεία ανάπτυξη μιας αρχέγονης μαύρης τρύπας

Το τηλεσκόπιο James Webb της NASA, αποκάλυψε την ταχεία ανάπτυξη μιας αρχέγονης μαύρης τρύπας.

Συγκεκριμένα, στην «καρδιά» του Γαλαξία μας κρύβεται μια υπερμεγέθης μαύρη τρύπα με μάζα περίπου τέσσερα εκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από τη μάζα του Ήλιου, που ονομάζεται Τοξότης Α*.

Στην πραγματικότητα, αυτά τα αντικείμενα, τα οποία αυξάνουν τη μάζα τους με την πάροδο του χρόνου καταναλώνοντας υλικό που περιπλανιέται πολύ κοντά τους, βρίσκονται στο κέντρο των περισσότερων γαλαξιών.

Αλλά από τότε που το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb της NASA τέθηκε σε λειτουργία το 2022, οι αστρονόμοι έμειναν έκπληκτοι όταν ανακάλυψαν υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες που κατοικούσαν στο πρώιμο σύμπαν – νωρίτερα απ’ ό,τι πίστευαν ότι ήταν δυνατόν, λαμβάνοντας υπόψη τον χρόνο που απαιτείται για να συσσωρευτεί μια τόσο μεγάλη μάζα.

Νέες παρατηρήσεις μιας τέτοιας αρχέγονης μαύρης τρύπας προσφέρουν πληροφορίες για το πώς μπορεί να συνέβη αυτό.

Έχει μάζα περίπου 10 εκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από τον Ήλιο

Οι μαύρες τρύπες είναι εξαιρετικά πυκνά αντικείμενα με βαρύτητα τόσο ισχυρή που ούτε το φως δεν μπορεί να διαφύγει.

Με την τεράστια βαρυτική τους έλξη, αυξάνουν τη μάζα τους απορροφώντας υλικά όπως αέριο, σκόνη και αστέρια που είχαν την ατυχία να περιπλανηθούν κοντά τους.

«Η ύπαρξη υπερμεγέθων μαύρων τρυπών στο πρώιμο σύμπαν αμφισβητεί τα τρέχοντα μοντέλα μας για το σχηματισμό και την ανάπτυξη των μαύρων τρυπών», δήλωσε ο αστρονόμος Hyewon Suh του Διεθνούς Παρατηρητηρίου Gemini στη Χαβάη και του NOIRLab του Εθνικού Ιδρύματος Επιστημών των ΗΠΑ, επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature Astronomy.

Οι νέες παρατηρήσεις του Webb αφορούν μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα με την ονομασία LID-568, η οποία υπήρχε όταν το σύμπαν είχε περίπου το 11% της σημερινής του ηλικίας – περίπου 1,5 δισεκατομμύριο χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη πριν από 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια, από το οποίο ξεκίνησε το σύμπαν.

Η LID-568 έχει μάζα περίπου 10 εκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από τον Ήλιο, δηλαδή δυόμισι φορές μεγαλύτερη από εκείνη του Τοξότη Α*.

Οι ερευνητές δεν έχουν ακόμη προσδιορίσει τη μάζα του γαλαξία καταγωγής του.

Η LID-568 παρατηρήθηκε να συγκεντρώνει μάζα με ρυθμό ταχύτερο από αυτόν που θεωρούνταν προηγουμένως δυνατός. Ο Webb έδειξε ότι, με βάση την παρατηρούμενη ενεργειακή παραγωγή του, η LID-568 φαίνεται να καταναλώνει υλικό που εισέρχεται – γνωστό ως προσαύξηση – με ρυθμό πάνω από 40 φορές μεγαλύτερο από αυτό που νόμιζαν οι επιστήμονες μέχρι τώρα, το λεγόμενο όριο Eddington.

«Το όριο Eddington είναι ένα θεωρητικό όριο για τη μέγιστη ενεργειακή παραγωγή που μπορεί να παράξει η μαύρη τρύπα μέσω τη διαδικασία συσσώρευσης.

Αυτό το θεωρητικό όριο υποθέτει ότι η προς τα έξω δύναμη από την ακτινοβολία που παράγεται κατά τη διαδικασία της συσσώρευσης εξισορροπεί τη βαρύτητα του υλικού που εισέρχεται», δήλωσε η αστρονόμος και συν-συγγραφέας της μελέτης Julia Scharwächter του Αστεροσκοπείου Gemini και του NOIRLab.

Εκπομπή ακτίνων Χ

Αυτές οι αρχέγονες μαύρες τρύπες πιστεύεται ότι προέκυψαν με έναν από τους δύο τρόπους, είτε μετά τον εκρηκτικό «θάνατο» της πρώτης γενιάς άστρων του σύμπαντος είτε μέσω της κατάρρευσης μεγάλων νεφών αερίου που υπήρχαν στο πρώιμο σύμπαν.

«Η ανακάλυψη της LID-568 υποδηλώνει ότι ένα σημαντικό μέρος της αύξησης της μάζας μπορεί να συμβεί κατά τη διάρκεια ενός μόνο επεισοδίου ταχείας συσσώρευσης. Αυτό θα μπορούσε να βοηθήσει να εξηγηθεί πώς σχηματίστηκαν οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες τόσο νωρίς στο σύμπαν, ανεξάρτητα από τον τρόπο προέλευσής τους», δήλωσε ο Suh.

«Μέχρι τώρα, δεν είχαμε παρατηρησιακή επιβεβαίωση για το πώς αυτές οι μαύρες τρύπες θα μπορούσαν να αναπτυχθούν τόσο γρήγορα στο πρώιμο σύμπαν», πρόσθεσε ο Suh.

Ένα βασικό σημάδι μιας αναπτυσσόμενης υπερμεγέθους μαύρης τρύπας είναι η εκπομπή ακτίνων Χ, μια ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία υψηλής ενέργειας με πολύ μικρά μήκη κύματος.

Το υλικό που στροβιλίζεται γύρω από μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα πριν καταναλωθεί υπερθερμαίνεται και λάμπει έντονα σε μήκη κύματος ακτίνων Χ.

Οι ερευνητές εντόπισαν για πρώτη φορά την LID-568 χρησιμοποιώντας το παρατηρητήριο ακτίνων Χ Chandra της NASA και στη συνέχεια τη μελέτησαν πιο προσεκτικά χρησιμοποιώντας τις δυνατότητες παρατήρησης υπερύθρων του Webb.

Οι παρατηρήσεις του Webb υποδηλώνουν την ύπαρξη κάποιου είδους μηχανισμού μέσω του οποίου μια μαύρη τρύπα μπορεί να «καταβροχθίσει» υλικό με ταχύτερο ρυθμό από ό,τι θεωρούνταν προηγουμένως δυνατό.

«Η LID-568 είναι αξιοσημείωτη λόγω του ακραίου ρυθμού ανάπτυξής της και του γεγονότος ότι υπάρχει από τόσο νωρίς στο σύμπαν», δήλωσε ο Suh.

«Δεν γνωρίζουμε ακόμη πώς η LID-568 είναι σε θέση να ξεπεράσει το όριο του Eddington. Για να το διερευνήσουμε περαιτέρω, χρειαζόμαστε περισσότερα δεδομένα, γι’ αυτό σχεδιάζουμε να πραγματοποιήσουμε παρατηρήσεις παρακολούθησης με τον Webb».