Μοναδικό εύρημα από το James Webb: Εντόπισε τεράστια μαύρη τρύπα με κόκκινη σκιά

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

Η κόκκινη απόχρωση της υπερμεγέθους μαύρης τρύπας, που φαίνεται όπως ήταν περίπου 700 εκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, είναι αποτέλεσμα της διαστολής του σύμπαντος. Καθώς το σύμπαν διογκώνεται προς τα έξω προς όλες τις κατευθύνσεις, το φως που ταξιδεύει προς εμάς «μετατοπίζεται προς το ερυθρό» και το μετατοπισμένο φως σε αυτή την περίπτωση υποδεικνύει έναν μανδύα από πυκνό αέριο και σκόνη που καλύπτει τη μαύρη τρύπα.

Τεράστια η μάζα της μαύρης τρύπας

Εξετάζοντας τα δεδομένα του James Webb, η αστρονομική ομάδα με επικεφαλής τους Lukas Furtak και Adi Zitrin του Πανεπιστημίου Ben-Gurion του Negev, μπόρεσε επίσης να προσδιορίσει τη μάζα της υπερμεγέθους μαύρης τρύπας. Με περίπου 40 εκατομμύρια φορές τη μάζα του ήλιου, είναι απροσδόκητα μεγάλη σε σύγκριση με τον γαλαξία στον οποίο βρίσκεται.

Η ομάδα διαπίστωσε επίσης ότι η υπερμεγέθης μαύρη τρύπα, η οποία βρίσκεται σε απόσταση περίπου 12,9 δισεκατομμυρίων ετών φωτός από τη Γη, τρέφεται γρήγορα με το αέριο και τη σκόνη γύρω της. Με άλλα λόγια, μεγαλώνει.

«Ήμασταν πολύ ενθουσιασμένοι όταν το JWST άρχισε να στέλνει τα πρώτα του δεδομένα. Σαρώναμε τα δεδομένα που έφτασαν για το πρόγραμμα UNCOVER, και τρία πολύ συμπαγή, αλλά κόκκινα αντικείμενα ξεχώρισαν και τράβηξαν τα βλέμματά μας», δήλωσε ο Furtak σε δήλωσή του. «Η εμφάνιση των 'κόκκινων κουκκίδων' τους μας οδήγησε αμέσως στην υποψία ότι επρόκειτο για ένα αντικείμενο που μοιάζει με κβάζαρ».

Κβάζαρ

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

Επιπλέον, η ύλη που δεν πέφτει στην υπερμεγέθη μαύρη τρύπα διοχετεύεται στους πόλους του κοσμικού τιτάνα. Τα σωματίδια σε αυτές τις περιοχές επιταχύνονται σε ταχύτητες που πλησιάζουν αυτές του φωτός ως εξαιρετικά συσπειρωμένοι πίδακες. Καθώς αυτοί οι σχετικιστικοί πίδακες εκτοξεύονται, 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 συχνά τόσο φωτεινά που το φως που εκπέμπουν συχνά επισκιάζει το συνδυασμένο φως κάθε άστρου του γαλαξία που τα περιβάλλει.

Τι έδειξε η ανάλυση

Η τεράστια ποσότητα ακτινοβολίας που εκπέμπεται γύρω από τη συγκεκριμένη υπερμεγέθη μαύρη τρύπα την έκανε να αποκτήσει μια μικρή σημειακή εμφάνιση στα δεδομένα του JWST.

«Η ανάλυση των χρωμάτων του αντικειμένου έδειξε ότι δεν ήταν ένας τυπικός γαλαξίας που σχηματίζει αστέρια. Αυτό ενίσχυσε περαιτέρω την υπόθεση της υπερμεγέθους μαύρης τρύπας», δήλωσε η Rachel Bezanson, από το Πανεπιστήμιο του Πίτσμπουργκ και συν-επικεφαλής του προγράμματος UNCOVER. «Μαζί με το συμπαγές μέγεθός του, έγινε φανερό ότι επρόκειτο πιθανότατα για μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα, αν και εξακολουθούσε να διαφέρει από άλλα κβάζαρ που βρέθηκαν σε εκείνες τις πρώιμες εποχές».

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

Τι αποδεικνύει η θεωρία της σχετικότητας

Η θεωρία της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν υποδηλώνει ότι τα αντικείμενα μάζας παραμορφώνουν την ίδια τη δομή του χώρου και του χρόνου, οι οποίοι είναι πραγματικά ενωμένοι ως μια ενιαία οντότητα που ονομάζεται "χωροχρόνος". Η θεωρία συνεχίζει ότι η βαρύτητα προκύπτει ως αποτέλεσμα αυτής της καμπυλότητας. Όσο μεγαλύτερη είναι η μάζα ενός αντικειμένου, τόσο πιο "ακραία" είναι η καμπυλότητα του χωροχρόνου.

Επομένως, αυτή η καμπυλότητα όχι μόνο υποδεικνύει στους πλανήτες πώς να κινούνται γύρω από τα αστέρια και τα αστέρια και πώς να κινούνται γύρω από τα κέντρα των γαλαξιών που φιλοξενούν, αλλά επίσης αλλάζει τις διαδρομές του φωτός που προέρχεται από αυτά τα αστέρια.

Όσο πιο κοντά στο αντικείμενο μάζας ταξιδεύει το φως, τόσο περισσότερο «καμπυλώνεται» η πορεία του. Διαφορετικές διαδρομές του φωτός από ένα μόνο αντικείμενο υποβάθρου μπορούν έτσι να καμπυλωθούν από ένα προσκήνιο, ή «αντικείμενο φακού», και να μετατοπίσουν την εμφάνιση της θέσης του αντικειμένου υποβάθρου. Μερικές φορές, το φαινόμενο μπορεί ακόμη και να προκαλέσει την εμφάνιση του αντικειμένου του φόντου σε πολλαπλά σημεία στην ίδια εικόνα του ουρανού. Άλλες φορές, το φως από το αντικείμενο του φόντου απλώς ενισχύεται και το αντικείμενο αυτό μεγεθύνεται.