Το τηλεσκόπιο James Webb πιθανότατα εντόπισε την αρχαιότερη, πιο μακρινή μαύρη τρύπα

Αστρονόμοι που χρησιμοποιούν το Διαστημικό Τηλεσκόπιο James Webb (JWST) ενδέχεται να έχουν εντοπίσει την πιο μακρινή υπερμεγέθη μαύρη τρύπα που έχει παρατηρηθεί μέχρι σήμερα. Το γιγαντιαίο αντικείμενο, που βρίσκεται στον γαλαξία GHZ2, είναι τόσο μακριά που οι αστρονόμοι το βλέπουν όπως ήταν μόλις 350 εκατομμύρια χρόνια μετά το Big Bang.

«Ο GHZ2 υπάρχει σε μια εποχή που το Σύμπαν ήταν πολύ νεαρό, αφήνοντας σχετικά λίγο χρόνο για να αναπτυχθούν από κοινού μια υπερμεγέθης μαύρη τρύπα και ο γαλαξίας που τη φιλοξενεί», εξηγεί στο LiveScience ο Oscar Chavez Ortiz, υποψήφιος διδάκτορας στο Τμήμα Αστρονομίας του Πανεπιστημίου του Τέξας και κύριος συγγραφέας της μελέτης που αναρτήθηκε στο arXiv.

«Στο σημερινό σύμπαν, οι μαύρες τρύπες και οι γαλαξίες εξελίσσονται σαφώς από κοινού, αλλά η ανίχνευση ενός τέτοιου συστήματος σε αυτή την πρώιμη εποχή εγείρει ερωτήματα σχετικά με το πώς οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες αποκτούν μάζα τόσο γρήγορα», λέει.

Υπάρχουν δύο κύριες υποθέσεις για το πώς αυτές οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες σχηματίζονται τόσο νωρίς, σύμφωνα με τον Chavez Ortiz: είτε πρόκειται για «ελαφρούς σπόρους» που μεγαλώνουν εξαιρετικά γρήγορα, είτε για «βαρείς σπόρους» που ξεκινούν ήδη με μεγάλη μάζα, αποκτώντας έτσι προβάδισμα.

Εντυπωσιακό φάσμα

Από την ανακάλυψη του GHZ2 το 2022, οι αστρονόμοι έχουν χρησιμοποιήσει το JWST για να εντοπίσουν πολλούς μακρινούς γαλαξίες. Ο GHZ2, ωστόσο, ξεχωρίζει χάρη στο εντυπωσιακό φάσμα του, το οποίο εμφανίζει έντονες «γραμμές εκπομπής» – ζώνες φωτός που παράγονται όταν άτομα ή ιόντα εκπέμπουν ενέργεια σε συγκεκριμένα μήκη κύματος. Αυτές οι γραμμές παρέχουν ενδείξεις για τα φαινόμενα που τροφοδοτούν τον γαλαξία. «Βλέπουμε γραμμές εκπομπής που απαιτούν πολλή ενέργεια για να παραχθούν, τις λεγόμενες γραμμές υψηλού ιονισμού», σημειώνει ο Jorge Zavala, επίκουρος καθηγητής στο Τμήμα Αστρονομίας του Πανεπιστημίου της Μασαχουσέτης στο Amherst και συν-συγγραφέας της μελέτης.

Καθοριστικό στοιχείο αποτέλεσε η ανίχνευση της γραμμής C IV λ1548, η οποία προέρχεται από τριπλά ιονισμένο άνθρακα, δηλαδή άτομα άνθρακα που έχουν χάσει τρία ηλεκτρόνια. Η παραγωγή τους απαιτεί εξαιρετικά έντονο πεδίο ακτινοβολίας, το οποίο είναι πολύ δύσκολο να επιτευχθεί μόνο με αστέρια. Μόνο ένας ενεργός γαλαξιακός πυρήνας (AGN) μπορεί να παράγει τέτοια φωτόνια υψηλής ενέργειας. Η ισχύς της γραμμής αποτέλεσε ισχυρή ένδειξη ότι ο γαλαξίας μπορεί να φιλοξενεί μια ενεργά τροφοδοτούμενη μαύρη τρύπα.

Αψηφά τα υπάρχοντα μοντέλα

Επειδή ο GHZ2 φαίνεται να αψηφά τα υπάρχοντα θεωρητικά μοντέλα, η επιστημονική ομάδα ανέπτυξε περίπλοκα μοντέλα για να εκτιμήσει τη συνεισφορά τόσο των άστρων όσο και ενός πιθανού AGN στο συνολικό φως του γαλαξία. Η ανάλυση έδειξε πως, ενώ αρκετές γραμμές στο ορατό φάσμα εξηγούνται από τη διαδικασία σχηματισμού άστρων, η εξαιρετικά ισχυρή γραμμή άνθρακα απαιτούσε την παρουσία ενός AGN. Ωστόσο, ο GHZ2 δεν είχε κάποιους άλλους δείκτες AGN, που σημαίνει ότι μπορεί τροφοδοτείται κυρίως από άστρα – αν αυτά είναι υπερμεγέθη, με μάζες εκατοντάδες ή χιλιάδες φορές μεγαλύτερες του Ήλιου ή αν ο σχηματισμός τους συνέβαινε με πολύ διαφορετικό τρόπο από αυτόν που γνωρίζουμε σήμερα.

Οι ερευνητές σκοπεύουν να αντλήσουν νέες, υψηλότερης ανάλυσης φασματικές παρατηρήσεις από το JWST, καθώς και δεδομένα από το τηλεσκόπιο Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, ώστε να βελτιώσουν την ευαισθησία του συνόλου των μετρήσεων. Αν επιβεβαιωθεί η παρουσία ενεργού μαύρης τρύπας, το GHZ2 θα φιλοξενεί την πιο μακρινή υπερμεγέθη μαύρη τρύπα που έχει εντοπιστεί ποτέ.