Οι αστρονόμοι ανακάλυψαν τρεις υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες που τροφοδοτούνται ενεργά με ύλη μέσα σε έναν και μόνο γαλαξία, ο οποίος βρίσκεται σε απόσταση μεγαλύτερη των 12,5 δισεκατομμυρίων ετών φωτός από τη Γη. Η ανακάλυψη, η οποία πραγματοποιήθηκε από μια διεθνή ερευνητική ομάδα με επικεφαλής το Ινστιτούτο Εξωγήινης Φυσικής Max Planck (MPE), προσφέρει μια σπάνια εικόνα του τρόπου με τον οποίο αναπτύχθηκαν και αλληλεπίδρασαν τεράστιες μαύρες τρύπες κατά τα πρώτα στάδια του Σύμπαντος.
Οι μαύρες τρύπες βρίσκονται σε έναν γαλαξία γνωστό ως J0148-4214. Και οι τρεις συσσωρεύουν ενεργά ύλη, η οποία περιστρέφεται σπειροειδώς προς αυτές μέσω των δίσκων αερίου και άλλου υλικού που τις περιβάλλουν. Επειδή ο γαλαξίας βρίσκεται τόσο μακριά, το φως του έχει ταξιδέψει στο διάστημα για περίπου 12,5 δισεκατομμύρια χρόνια προτού φτάσει στη Γη. Αυτό σημαίνει ότι οι αστρονόμοι τον παρατηρούν όπως ήταν μόλις 1,2 δισεκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη (Big Bang).
Σε τόσο τεράστιες αποστάσεις, η διαστολή του Σύμπαντος τεντώνει το φως προς μεγαλύτερα μήκη κύματος, με αποτέλεσμα αυτό να μετατοπίζεται προς το ερυθρό. Οι αστρονόμοι μετρούν αυτό το φαινόμενο μέσω μιας ιδιότητας που ονομάζεται ερυθρομετατόπιση. Για τον J0148-4214, οι ερευνητές μέτρησαν ερυθρομετατόπιση z=5,02, γεγονός που τους επέτρεψε να προσδιορίσουν την αξιοσημείωτη απόστασή του, σύμφωνα με το ScienceDaily.
Τρεις μαύρες τρύπες σε έναν αρχαίο γαλαξία
«Αυτή είναι η πρώτη ένδειξη ύπαρξης τριών ενεργών μαύρων τρυπών σε έναν μόνο γαλαξία στο μακρινό Σύμπαν», δηλώνει η Hannah Übler, επικεφαλής ερευνητικής ομάδας στο MPE και κύρια συγγραφέας της μελέτης.
Δύο από τις μαύρες τρύπες βρίσκονται κοντά στο κέντρο του γαλαξία, σε απόσταση μόλις 620 ετών φωτός μεταξύ τους, όπως αυτή προβάλλεται στην εικόνα παρατήρησης. Η τρίτη βρίσκεται πολύ πιο μακριά, περίπου 5.500 έτη φωτός από το κέντρο.Η ανακάλυψη παρέχει σημαντικά στοιχεία σχετικά με τον τρόπο με τον οποίο οι μαύρες τρύπες μεγάλης μάζας ήρθαν κοντά η μία στην άλλη στο νεαρό Σύμπαν.
«Υποδηλώνει ότι οι διεργασίες στο πρώιμο Σύμπαν ήταν αποτελεσματικές στο να φέρνουν κοντά μαύρες τρύπες μεγάλης μάζας, θέτοντας τις βάσεις για τις συγχωνεύσεις μαύρων τρυπών μεγάλης μάζας που αναμένουμε να ανιχνεύσουμε με μελλοντικά παρατηρητήρια βαρυτικών κυμάτων», αναφέρει η Übler.
Οι αστρονόμοι πιστεύουν ότι οι συγκρούσεις και οι συγχωνεύσεις γαλαξιών ήταν συχνές κατά την πρώιμη ιστορία του Σύμπαντος. Καθώς οι γαλαξίες συνενώνονταν, οι κεντρικές μαύρες τρύπες τους μπορούσαν επίσης να πλησιάσουν η μία την άλλη και τελικά να συγχωνευθούν. Αυτές οι συγχωνεύσεις θα δημιουργούσαν ολοένα και πιο μαζικές μαύρες τρύπες στα κέντρα των νεοσχηματισμένων γαλαξιών, συμβάλλοντας ενδεχομένως στην εξήγηση του τρόπου με τον οποίο ορισμένες απέκτησαν τεράστιο μέγεθος τόσο σύντομα μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.
Πώς οι αστρονόμοι εντόπισαν τις κρυμμένες μαύρες τρύπες
Οι ερευνητές εντόπισαν τις τρεις μαύρες τρύπες εξετάζοντας χαρακτηριστικά μοτίβα στο φως που εκπέμπεται από το αέριο υδρογόνο. Κοντά σε μια μαύρη τρύπα, οι ισχυρές βαρυτικές δυνάμεις αναγκάζουν το αέριο να κινείται με εξαιρετικά υψηλές ταχύτητες. Αυτές οι κινήσεις αφήνουν αναγνωρίσιμα ίχνη στο φάσμα του φωτός, επιτρέποντας στους αστρονόμους να ανιχνεύουν τη δραστηριότητα των μαύρων τρυπών ακόμη και όταν τα ίδια τα αντικείμενα δεν μπορούν να παρατηρηθούν άμεσα.
Στο κέντρο του J0148-4214, η ομάδα εντόπισε ένα ιδιαίτερα σύνθετο μοτίβο εκπομπής υδρογόνου. Η καλύτερη εξήγηση ήταν η παρουσία δύο μαύρων τρυπών που βρίσκονται πολύ κοντά μεταξύ τους και όχι μίας μοναδικής πηγής.
Για να τις διακρίνουν, οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν μια τεχνική ακριβούς μέτρησης που ονομάζεται φασματοαστρομετρία (spectro-astrometry). Παρακολουθώντας ανεπαίσθητες μεταβολές στις θέσεις των φασματικών εκπομπών σε διάφορα σημεία του γαλαξία, κατάφεραν να προσδιορίσουν τις θέσεις και των δύο κεντρικών μαύρων τρυπών, παρόλο που το τηλεσκόπιο δεν μπορούσε να τις διακρίνει ως δύο ξεχωριστά σημεία φωτός. Οι παρατηρήσεις αποκάλυψαν επίσης την τρίτη ενεργή μαύρη τρύπα στην εξωτερική περιοχή του γαλαξία.
Τρεις μαύρες τρύπες με εντυπωσιακά διαφορετικές μάζες
Οι τρεις μαύρες τρύπες διαφέρουν δραματικά ως προς το μέγεθός τους. Σύμφωνα με τους υπολογισμούς των ερευνητών, οι μάζες τους είναι περίπου 80 εκατομμύρια, 600.000 και 2 εκατομμύρια φορές μεγαλύτερες από τη μάζα του Ήλιου.
Παραδόξως, η μεγαλύτερη μαύρη τρύπα δεν είναι εκείνη που τροφοδοτείται με τον πιο έντονο ρυθμό. Η μικρότερη γειτονική της μαύρη τρύπα, με μάζα περίπου 600.000 ηλιακών μαζών, συσσωρεύει ύλη με πολύ υψηλότερο ρυθμό. Μάλιστα, ο εκτιμώμενος ρυθμός τροφοδότησής της υπερβαίνει το μέγιστο όριο που προβλέπεται από τα βασικά μοντέλα ανάπτυξης των μαύρων τρυπών, γνωστό ως όριο Eddington.
Αυτή η ασυνήθιστα ταχεία ανάπτυξη ενδέχεται να προσφέρει στοιχεία για τον τρόπο με τον οποίο ορισμένες μαύρες τρύπες απέκτησαν εξαιρετικά μεγάλη μάζα μέσα στο σχετικά σύντομο χρονικό διάστημα που ήταν διαθέσιμο στο πρώιμο Σύμπαν.
«Τα δεδομένα του JWST μάς επέτρεψαν όχι μόνο να εντοπίσουμε τις τρεις μαύρες τρύπες, αλλά και να εκτιμήσουμε τις μάζες τους, τους ρυθμούς προσαύξησης και την αστρική μάζα του γαλαξία», δηλώνει ο δρ Giovanni Mazzolari, δεύτερος συγγραφέας της μελέτης και ερευνητής στο MPE. «Διαπιστώνουμε ότι η συνολική αστρική μάζα ανέρχεται σε περίπου 1,3 δισεκατομμύρια ηλιακές μάζες και ότι οι μαύρες τρύπες αντιπροσωπεύουν σημαντικό ποσοστό αυτής».
Μια αρχαία συγχώνευση μαύρων τρυπών βρίσκεται σε εξέλιξη
Οι δύο μαύρες τρύπες κοντά στο κέντρο του γαλαξία αναμένεται να συγχωνευθούν μέσα στα επόμενα μερικές εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια. Η τελική σύγκρουσή τους θα μπορούσε να οδηγήσει στη δημιουργία μιας ακόμη πιο μαζικής μαύρης τρύπας, αναδεικνύοντας μια διαδικασία που ενδέχεται να ήταν καθοριστική για την ανάπτυξη των πρώτων κοσμικών γιγάντων του Σύμπαντος.
«Αυτά τα αποτελέσματα είναι εξαιρετικά συναρπαστικά», προσθέτει ο Roberto Maiolino, καθηγητής στο Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ και συν-συγγραφέας της μελέτης. «Υποδηλώνουν ότι οι συγχωνεύσεις μαύρων τρυπών μπορεί να αποτελούν έναν επιπλέον, ταχύ μηχανισμό για την ταχεία ανάπτυξή τους στο πρώιμο Σύμπαν».
Η τρίτη μαύρη τρύπα παρουσιάζει ένα ακόμη ενδιαφέρον αίνιγμα. Καθώς βρίσκεται αρκετά έξω από το κέντρο του γαλαξία, θα μπορούσε να αποτελεί κατάλοιπο μιας προηγούμενης συγχώνευσης, η οποία την ώθησε προς τα έξω μέσω μιας ισχυρής βαρυτικής ώθησης ανάκρουσης. Μια τέτοια ώθηση μπορεί να συμβεί όταν οι μαύρες τρύπες που συγχωνεύονται εκπέμπουν βαρυτικά κύματα με άνισο τρόπο, στέλνοντας τη μαύρη τρύπα που προκύπτει προς την αντίθετη κατεύθυνση.
Μια άλλη πιθανότητα είναι η τρίτη μαύρη τρύπα να κινείται σταδιακά προς το κέντρο του γαλαξία, όπου ενδέχεται τελικά να αλληλεπιδράσει με τις άλλες δύο.
Το James Webb αποκαλύπτει μαύρες τρύπες που διαφορετικά θα παρέμεναν κρυμμένες
Η ανακάλυψη αναδεικνύει τις εντυπωσιακές δυνατότητες του Διαστημικού Τηλεσκοπίου James Webb (JWST) για τη μελέτη μαύρων τρυπών σε μακρινούς γαλαξίες.
Ειδικότερα, τα ευρήματα καταδεικνύουν τη σημασία της φασματοσκοπίας ολοκληρωμένου πεδίου (integral field spectroscopy), η οποία επιτρέπει στους αστρονόμους να εξετάζουν πώς μεταβάλλονται το φως και τα φασματικά χαρακτηριστικά του σε διαφορετικές περιοχές ενός γαλαξία.
Χρησιμοποιώντας το Φασματογράφο Εγγύς Υπέρυθρου του Webb στη λειτουργία φασματοσκοπίας ολοκληρωμένου πεδίου (NIRSpec-IFS), οι ερευνητές κατάφεραν να διαχωρίσουν σήματα που διαφορετικά θα φαίνονταν ότι προέρχονται από μία μόνο μαύρη τρύπα. Χωρίς αυτές τις λεπτομερείς χωρικές πληροφορίες, οι αστρονόμοι πιθανότατα θα είχαν εντοπίσει μόνο μία από τις τρεις ενεργές μαύρες τρύπες του γαλαξία.
Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι και άλλοι μακρινοί γαλαξίες ενδέχεται να περιέχουν πολλαπλές αναπτυσσόμενες μαύρες τρύπες που δεν έχουν ακόμη εντοπιστεί. Ο εντοπισμός περισσότερων τέτοιων συστημάτων θα μπορούσε να βοηθήσει τους επιστήμονες να ανασυνθέσουν την ιστορία των συγχωνεύσεων μαύρων τρυπών και να κατανοήσουν καλύτερα πώς το Σύμπαν δημιούργησε τις πιο μαζικές μαύρες τρύπες του τόσο νωρίς στην κοσμική του ιστορία.
www.worldenergynews.gr
