Με τη βοήθεια των τηλεσκοπίων της NASA, οι αστρονόμοι ανακάλυψαν την πιο μακρινή μαύρη τρύπα που έχει παρατηρηθεί μέχρι σήμερα στο φάσμα των ακτίνων Χ. Η μαύρη τρύπα βρίσκεται σε ένα πρώιμο στάδιο ανάπτυξης που δεν είχε παρατηρηθεί ποτέ πριν, όπου η μάζα της είναι παρόμοια με εκείνη του γαλαξία που την φιλοξενεί. Το αποτέλεσμα αυτό μπορεί να εξηγήσει πώς σχηματίστηκαν μερικές από τις πρώτες υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες στο Σύμπαν.
Συνδυάζοντας δεδομένα από το Chandra X-ray Observatory και το James Webb Space Telescope, μια ομάδα ερευνητών κατάφερε να ανιχνεύσει την αποκαλυπτική υπογραφή μιας εξελισσόμενης μαύρης τρύπας που βρίσκεται σε απόσταση μόλις 470 εκατομμυρίων ετών μετά το Big Bang.
"Χρειαζόμασταν το Webb για να εντοπίσουμε αυτόν τον εξαιρετικά μακρινό γαλαξία και το Chandra για να ανιχνεύσουμε την υπερμεγέθη μαύρη τρύπα του", δήλωσε ο Akos Bogdan του Κέντρου Αστροφυσικής | Harvard & Smithsonian (CfA), ο οποίος είναι ο επικεφαλής μιας νέας δημοσίευσης στο περιοδικό Nature Astronomy που περιγράφει αυτά τα αποτελέσματα. "Αξιοποιήσαμε, επίσης, ένα κοσμικό μεγεθυντικό φακό που ενίσχυσε την ποσότητα του φωτός που ανιχνεύσαμε". Αυτό το μεγεθυντικό φαινόμενο είναι γνωστό ως βαρυτικός φακός.
Ο Bogdan και η ομάδα του εντόπισαν τη μαύρη τρύπα σε έναν γαλαξία που ονομάζεται UHZ1 στην κατεύθυνση του σμήνους γαλαξιών Abell 2744, σε απόσταση 3,5 δισεκατομμυρίων ετών φωτός από τη Γη. Τα δεδομένα του Webb, ωστόσο, αποκάλυψαν ότι ο γαλαξίας βρίσκεται πολύ πιο μακριά από το σμήνος, σε απόσταση 13,2 δισεκατομμυρίων ετών φωτός από τη Γη, όταν το Σύμπαν είχε μόλις το 3% της σημερινής του ηλικίας.
Στη συνέχεια, πάνω από δύο εβδομάδες παρατηρήσεων με το Chandra υπέδειξαν την παρουσία έντονου, υπέρθερμου αερίου που εκπέμπει ακτίνες Χ σε αυτόν τον γαλαξία - ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα μιας αναπτυσσόμενης υπερμεγέθους μαύρης τρύπας. Το φως από τον γαλαξία και οι ακτίνες-Χ από το αέριο γύρω από την υπερμεγέθη μαύρη τρύπα του μεγεθύνονται κατά τέσσερις περίπου φορές από την ύλη που παρεμβάλλεται στον Abell 2744 (λόγω βαρυτικού φακού), ενισχύοντας το υπέρυθρο σήμα που ανιχνεύθηκε από το Webb και επιτρέποντας στο Chandra να ανιχνεύσει την αμυδρή πηγή των ακτίνων-Χ.
Η ανακάλυψη αυτή είναι σημαντική για την κατανόηση του τρόπου με τον οποίο ορισμένες υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες μπορούν να φτάσουν σε κολοσσιαίες μάζες αμέσως μετά το Big Bang. Άραγε σχηματίζονται απευθείας από την κατάρρευση τεράστιων νεφών αερίου, δημιουργώντας μαύρες τρύπες με βάρος μεταξύ περίπου 10.000 και 100.000 Ηλίων; Ή προέρχονται από εκρήξεις των πρώτων άστρων που δημιουργούν μαύρες τρύπες με βάρος μόλις μεταξύ 10 και 100 Ηλίων;
"Υπάρχουν φυσικά όρια για το πόσο γρήγορα μπορούν να μεγαλώσουν οι μαύρες τρύπες όταν έχουν σχηματιστεί, αλλά αυτές που γεννιούνται με μεγαλύτερη μάζα έχουν ένα προβάδισμα. Είναι σαν να φυτεύεις ένα δεντράκι, το οποίο χρειάζεται λιγότερο χρόνο για να εξελιχθεί σε δέντρο πλήρους μεγέθους από ό,τι αν ξεκινούσες μόνο με έναν σπόρο", δήλωσε ο Andy Goulding του Πανεπιστημίου Princeton. Ο Goulding είναι ένας από τους συγγραφείς της δημοσίευσης στο Nature Astronomy και επικεφαλής συγγραφέας μιας νέας δημοσίευσης στο The Astrophysical Journal Letters που αναφέρει την απόσταση και τη μάζα του γαλαξία χρησιμοποιώντας ένα φάσμα από το Webb.
Η ομάδα του Bogdan βρήκε ισχυρές ενδείξεις ότι η νεοανακαλυφθείσα μαύρη τρύπα γεννήθηκε με τεράστια μάζα. Η συνολική της μάζα εκτιμάται ότι κυμαίνεται μεταξύ 10 και 100 εκατομμυρίων Ηλίων, λαμβάνοντας υπόψη τη φωτεινότητα και την ενέργεια των ακτίνων Χ. Αυτό το εύρος μάζας είναι παρόμοιο με αυτό όλων των άστρων του γαλαξία όπου ζει, γεγονός που έρχεται σε πλήρη αντίθεση με τις μαύρες τρύπες στα κέντρα των γαλαξιών του κοντινού σύμπαντος, οι οποίες συνήθως περιέχουν μόνο το ένα δέκατο του 1% της μάζας των άστρων του γαλαξία που τις φιλοξενεί.
Η τεράστια μάζα της μαύρης τρύπας σε νεαρή ηλικία, καθώς και η ποσότητα των ακτίνων-Χ που παράγει και η φωτεινότητα του γαλαξία που ανιχνεύθηκε από το Webb, συμφωνούν με τις θεωρητικές προβλέψεις που έκανε το 2017 ο Priyamvada Natarajan του Πανεπιστημίου του Yale για μια "Outsize Black Hole" που σχηματίστηκε άμεσα από την κατάρρευση ενός τεράστιου νέφους αερίου.
"Πιστεύουμε ότι αυτή είναι η πρώτη παρατήρηση μιας «Outsize Black Hole» και η καλύτερη απόδειξη που έχει αποκτηθεί μέχρι σήμερα ότι μερικές μαύρες τρύπες σχηματίζονται από μαζικά νέφη αερίου", δήλωσε ο Natarajan. "Για πρώτη φορά αντικρίζουμε ένα σύντομο στάδιο όπου μια υπερμεγέθης μαύρη τρύπα ζυγίζει περίπου όσο τα αστέρια στον γαλαξία της, πριν καταπέσει".
Οι ερευνητές σκοπεύουν να αξιοποιήσουν αυτά και άλλα αποτελέσματα που θα προκύψουν από το Webb μαζί με εκείνα που συνδυάζουν δεδομένα από άλλα τηλεσκόπια για να σχηματίσουν μια ευρύτερη εικόνα του πρώιμου Σύμπαντος.
