April 21, 2024

Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb ανακάλυψε την «εξαιρετικά κόκκινη» υπερμεγέθη μαύρη τρύπα που αναπτύσσεται στο πρώιμο σύμπαν

Χρησιμοποιώντας το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (JWST), οι αστρονόμοι ανακάλυψαν μια «εξαιρετικά κόκκινη» υπερμεγέθη μαύρη τρύπα που αναπτύσσεται στο σκοτεινό πρώιμο σύμπαν.

Η κόκκινη απόχρωση της υπερμεγέθους μαύρης τρύπας, όπως ήταν περίπου 700 εκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, είναι το αποτέλεσμα της διαστολής του σύμπαντος. Καθώς το σύμπαν διαστέλλεται προς όλες τις κατευθύνσεις, το φως που ταξιδεύει προς εμάς γίνεται «μετατόπιση προς το κόκκινο» και το μετατοπισμένο φως σε αυτή την περίπτωση δείχνει ένα κέλυφος από παχύ αέριο και σκόνη που περιβάλλει τη μαύρη τρύπα.

Εξετάζοντας τα δεδομένα του JWST, η ομάδα αστρονομίας με επικεφαλής τους Lukas Furtak και Adi Zitrin του Πανεπιστημίου Ben-Gurion του Negev ήταν επίσης σε θέση να προσδιορίσει τη μάζα της υπερμεγέθους μαύρης τρύπας. Με περίπου 40 εκατομμύρια φορές τη μάζα του Ήλιου, είναι απροσδόκητα μάζα σε σύγκριση με τον γαλαξία στον οποίο κατοικεί.

Η ομάδα ανακάλυψε επίσης ότι η υπερμεγέθης μαύρη τρύπα, η οποία απέχει περίπου 12,9 δισεκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη, τροφοδοτείται γρήγορα από το αέριο και τη σκόνη γύρω της. Με άλλα λόγια, μεγαλώνει.

Σχετίζεται με: Το λαμπρότερο κβάζαρ που έχει δει ποτέ τροφοδοτείται από μια μαύρη τρύπα που τρώει έναν «ήλιο την ημέρα»

“Ήμασταν πολύ ενθουσιασμένοι όταν το JWST άρχισε να στέλνει πίσω τα πρώτα του δεδομένα. Σαρώναμε τα δεδομένα που εισήχθησαν για το πρόγραμμα UNCOVER και τρία πολύ συμπαγή αλλά κόκκινου χρώματος αντικείμενα ξεχώρισαν και τράβηξαν την προσοχή μας”, είπε ο Furtak σε δήλωση. «Η εμφάνισή του με «κόκκινη κουκκίδα» μας οδήγησε αμέσως να υποψιαστούμε ότι ήταν ένα αντικείμενο που μοιάζει με κβάζαρ».

Οι «τρεις κόκκινες κουκκίδες»

Τα κβάζαρ δημιουργούνται όταν μεγάλες ποσότητες ύλης περιβάλλουν υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες όπως αυτή. Αυτή η ύλη σχηματίζει έναν δίσκο αερίου και σκόνης που ονομάζεται δίσκος προσαύξησης που τροφοδοτεί σταδιακά τη μαύρη τρύπα. Η τεράστια βαρυτική επίδραση της μαύρης τρύπας ανακατεύει αυτή την ύλη, δημιουργώντας έντονες θερμοκρασίες και προκαλώντας τη λάμψη της.

Επιπλέον, η ύλη που δεν πέφτει στην υπερμεγέθη μαύρη τρύπα διοχετεύεται προς τους πόλους του κοσμικού τιτάνα. Τα σωματίδια σε αυτές τις περιοχές επιταχύνονται σε ταχύτητες σχεδόν φωτός ως πίδακες υψηλής ευθυγράμμισης. Καθώς αυτοί οι σχετικιστικοί πίδακες εκρήγνυνται, οι εκρήξεις συνοδεύονται από φωτεινές ηλεκτρομαγνητικές εκπομπές.

Ως αποτέλεσμα αυτών των φαινομένων, τα κβάζαρ που τροφοδοτούνται από υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες σε ενεργούς γαλαξιακούς πυρήνες (AGN) είναι συνήθως τόσο φωτεινά που το φως που εκπέμπουν συχνά επισκιάζει το συνδυασμένο φως κάθε άστρου στον γαλαξία γύρω τους.

Η μεγάλη ποσότητα ακτινοβολίας που εκπέμπεται γύρω από αυτή τη συγκεκριμένη υπερμεγέθη μαύρη τρύπα την έκανε να πάρει μια μικρή στικτή εμφάνιση στα δεδομένα του JWST.

“Η ανάλυση των χρωμάτων του αντικειμένου έδειξε ότι δεν επρόκειτο για έναν τυπικό γαλαξία που σχηματίζει αστέρια. Αυτό υποστηρίζει περαιτέρω την υπόθεση μιας υπερμεγέθους μαύρης τρύπας”, δήλωσε στη δήλωση η Rachel Bezanson από το Πανεπιστήμιο του Πίτσμπουργκ και συνδιευθύντρια της μελέτης. UNCOVER πρόγραμμα. «Μαζί με το συμπαγές μέγεθός της, έγινε σαφές ότι ήταν πιθανώς μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα, αν και ήταν ακόμα διαφορετική από άλλα κβάζαρ που βρέθηκαν εκείνες τις πρώτες μέρες».

Το πρώιμο κβάζαρ δεν θα ήταν ορατό ούτε στο ισχυρό υπέρυθρο μάτι του JWST χωρίς λίγη βοήθεια από ένα φαινόμενο που είχε προβλεφθεί από τον Άλμπερτ Αϊνστάιν το 1915.

Ο φακός του Αϊνστάιν

Η θεωρία της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν προτείνει ότι τα αντικείμενα μάζας παραμορφώνουν τον ίδιο τον ιστό του χώρου και του χρόνου, τα οποία είναι πραγματικά ενωμένα ως μια ενιαία οντότητα που ονομάζεται «χωροχρόνος». Η θεωρία συνεχίζει λέγοντας ότι η βαρύτητα προκύπτει ως αποτέλεσμα αυτής της καμπυλότητας. Όσο μεγαλύτερη είναι η μάζα ενός αντικειμένου, τόσο πιο «ακραία» είναι η 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 ταξιδεύει το φως στο αντικείμενο μάζας, τόσο πιο «λυγισμένη» είναι η διαδρομή του. Επομένως, ένα πρώτο πλάνο ή ένα “αντικείμενο φακού” μπορεί να εκτρέψει διαφορετικές διαδρομές φωτός από ένα μεμονωμένο αντικείμενο φόντου και να αλλάξει την εμφάνιση της θέσης του αντικειμένου φόντου. Μερικές φορές το εφέ μπορεί ακόμη και να προκαλέσει την εμφάνιση του αντικειμένου φόντου σε πολλά σημεία στην ίδια εικόνα του ουρανού. Άλλες φορές, το φως από το αντικείμενο φόντου απλώς ενισχύεται και αυτό το αντικείμενο μεγεθύνεται.

Αυτό το φαινόμενο είναι γνωστό ως «βαρυτικός φακός».

γράφημα βαρυτικού φακούγράφημα βαρυτικού φακού

γράφημα βαρυτικού φακού

Σε αυτή την περίπτωση, το JWST χρησιμοποίησε ένα σμήνος γαλαξιών που ονομάζεται Abell 2744 ως σώμα φακού στο προσκήνιο για να ενισχύσει το φως από τους γαλαξίες του φόντου, οι οποίοι διαφορετικά θα ήταν πολύ μακρινοί για να δούμε. Αυτό αποκάλυψε το εξαιρετικά κόκκινο κβάζαρ στο οποίο εστίασαν, αρχικά σε σχήμα τριών κόκκινων κουκκίδων.

“Χρησιμοποιήσαμε ένα αριθμητικό μοντέλο φακού που είχαμε φτιάξει για το σμήνος γαλαξιών για να προσδιορίσουμε ότι οι τρεις κόκκινες κουκκίδες έπρεπε να είναι πολλαπλές εικόνες της ίδιας πηγής φόντου, που φαινόταν όταν το σύμπαν ήταν μόλις περίπου 700 εκατομμυρίων ετών”, είπε ο Zitrin.

Η εντύπωση του καλλιτέχνη για την υπερμεγέθη μαύρη τρύπα του γαλαξία M87 και τον ισχυρό πίδακα του.Η εντύπωση του καλλιτέχνη για την υπερμεγέθη μαύρη τρύπα του γαλαξία M87 και τον ισχυρό πίδακα του.

Η εντύπωση του καλλιτέχνη για την υπερμεγέθη μαύρη τρύπα του γαλαξία M87 και τον ισχυρό πίδακα του.

Η πιο προσεκτική ανάλυση της πηγής φόντου αποκάλυψε ότι το φως της πρέπει να προέρχεται από μια συμπαγή περιοχή.

“Όλο το φως από αυτόν τον γαλαξία πρέπει να χωρέσει σε μια μικρή περιοχή στο μέγεθος ενός σύγχρονου αστρικού σμήνου. Ο βαρυτικός φακός της πηγής μας έδωσε εξαιρετικά όρια στο μέγεθος”, η Jenny Greene, μέλος της ομάδας και ερευνήτρια στο Πανεπιστήμιο του Πρίνστον . δήλωση. «Ακόμη και στριμώχνοντας όλα τα πιθανά αστέρια σε μια τόσο μικρή περιοχή, η μαύρη τρύπα καταλήγει να είναι τουλάχιστον το 1% της συνολικής μάζας του συστήματος».

Η ανακάλυψη αυξάνει περαιτέρω το μυστήριο για το πώς οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες, οι οποίες μπορεί να είναι εκατομμύρια (ή ακόμα και δισεκατομμύρια) φορές πιο μαζικές από τον Ήλιο, αυξήθηκαν σε τόσο τεράστια μεγέθη κατά τη βρεφική ηλικία του σύμπαντος.

“Άλλες υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες στο πρώιμο σύμπαν έχουν βρεθεί ότι παρουσιάζουν παρόμοια συμπεριφορά, οδηγώντας σε μερικές ενδιαφέρουσες απόψεις για την ανάπτυξη της μαύρης τρύπας και του γαλαξία ξενιστή της και της αλληλεπίδρασης μεταξύ τους, η οποία δεν είναι καλά κατανοητή”, είπε ο Greene. . .

ΣΧΕΤΙΚΑ ΙΣΤΟΡΙΑ:

— Η γιγάντια μαύρη τρύπα στον γαλαξία M87 εκτοξεύει πίδακες σχεδόν με την ταχύτητα του φωτός

— Η μαύρη τρύπα των βαμπίρ είναι ένας «επιταχυντής κοσμικών σωματιδίων» που μπορεί να λύσει ένα μακροχρόνιο αστρονομικό μυστήριο

— Η πρώτη μαύρη τρύπα που φωτογραφήθηκε ποτέ από ανθρώπους έχει στριμμένα μαγνητικά πεδία και οι επιστήμονες είναι ενθουσιασμένοι

Το JWST έχει εντοπίσει μεγάλο αριθμό «μικρών κόκκινων κουκκίδων» με την πάροδο του χρόνου. Αυτό θα μπορούσε επίσης να υποδηλώνει ότι τα κβάζαρ που τροφοδοτούνται από υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες τροφοδοτούνται στο πρώιμο σύμπαν, ίσως σημαίνει ότι ένα εκπληκτικό παζλ σχετικά με την ανάπτυξη των μαύρων τρυπών θα μπορούσε σύντομα να λυθεί.

«Κατά κάποιους τρόπους, είναι το αστροφυσικό ισοδύναμο του προβλήματος με το κοτόπουλο και το αυγό», κατέληξε ο Zitrin. «Προς το παρόν δεν γνωρίζουμε ποιος προέκυψε πρώτος: ο γαλαξίας ή η μαύρη τρύπα, πόσο μαζικές ήταν οι πρώτες μαύρες τρύπες και πώς μεγάλωσαν».

Η έρευνα της ομάδας δημοσιεύτηκε στις 14 Φεβρουαρίου στο περιοδικό Nature.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *