Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb αποκάλυψε μια μαύρη τρύπα στο πρώιμο Σύμπαν που αμφισβητεί τις καθιερωμένες θεωρίες για τον σχηματισμό γαλαξιών
Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb έφερε τους αστρονόμους αντιμέτωπους με ένα από τα πιο απαιτητικά μυστήρια της σύγχρονης κοσμολογίας.
Βαθιά στο πρώιμο Σύμπαν, οι επιστήμονες ανακάλυψαν ένα αντικείμενο που αψηφά τα συμβατικά σενάρια για τη γέννηση των γαλαξιών και των μαύρων τρυπών.
Το αντικείμενο αυτό, μια υπερμεγέθης μαύρη τρύπα, εμφανίστηκε υπερβολικά νωρίς και αποδείχθηκε υπερβολικά μεγάλη για την κοσμική της ηλικία.
Ένα εύρημα που δεν θα έπρεπε να υπάρχει
Οι παρατηρήσεις που πραγματοποιήθηκαν με το James Webb Space Telescope επικεντρώθηκαν στον γαλαξία Abell 2744-QSO1.
Το αντικείμενο αυτό υπήρχε μόλις 700 εκατομμύρια χρόνια μετά το Big Bang - σε μια εποχή που το Σύμπαν μόλις άρχιζε να σχηματίζει τις πρώτες σταθερές δομές του.
Εκεί οι αστρονόμοι ανίχνευσαν μια ενεργή μαύρη τρύπα με μάζα περίπου 50 εκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από αυτή του Ήλιου!
Με κοσμικά μέτρα, αυτή η τιμή μοιάζει παράδοξη. Στο καθιερωμένο μοντέλο εξέλιξης του Σύμπαντος, πρώτα σχηματίζονται τα άστρα, έπειτα οι γαλαξίες, και μόνο μετά τον θάνατο των πιο ογκωδών άστρων εμφανίζονται οι μαύρες τρύπες.
Η ανάπτυξή τους θεωρείται αργή διαδικασία, που εκτείνεται σε εκατοντάδες εκατομμύρια ή και δισεκατομμύρια χρόνια.
Ωστόσο, στην περίπτωση του Abell 2744-QSO1, ισχύει το αντίθετο: η μαύρη τρύπα είναι ήδη γιγαντιαία, ενώ ο ίδιος ο γαλαξίας είναι φτωχός σε άστρα.
Γιατί δεν λειτουργούν οι καθιερωμένες θεωρίες
Οι επιστήμονες ενδιαφέρθηκαν ιδιαίτερα για την ανισορροπία μεταξύ της μάζας της μαύρης τρύπας και του αστρικού πληθυσμού του γαλαξία.
Συνήθως υπάρχει ισχυρή συσχέτιση μεταξύ αυτών των ποσοτήτων: όσο πιο μαζικός είναι ο γαλαξίας, τόσο μεγαλύτερη είναι η κεντρική του μαύρη τρύπα.
Εδώ όμως παρατηρείται έντονη απόκλιση — σαν να μεγάλωσε πρώτα ο «πυρήνας» πριν από το «σώμα».
Αυτή η ασυμφωνία οδήγησε τους ερευνητές να αμφισβητήσουν ότι το αντικείμενο προέκυψε με τον κλασικό τρόπο, μέσω της κατάρρευσης άστρων και της σταδιακής απορρόφησης ύλης.
Ακόμη και με τον πιο έντονο ρυθμό ανάπτυξης σε τόσο σύντομο χρονικό διάστημα, η μαύρη τρύπα δεν θα έπρεπε να έχει φτάσει σε τέτοιο μέγεθος.
Η υπόθεση των πρωτογενών μαύρων τρυπών
Αναζητώντας μια εξήγηση, μια διεθνής ομάδα επιστημόνων υπό τον Boyuan Liu από το Πανεπιστήμιο του Cambridge στράφηκε σε μια παλιά αλλά ακόμη αμφιλεγόμενη ιδέα.
Ήδη από τη δεκαετία του 1970, οι Stephen Hawking και Bernard Carr είχαν προτείνει ότι οι λεγόμενες πρωτογενείς μαύρες τρύπες θα μπορούσαν να έχουν σχηματιστεί στα πρώτα κιόλας στιγμιότυπα της ύπαρξης του Σύμπαντος.
«Μιλάμε για μαύρες τρύπες που θα μπορούσαν να έχουν προκύψει όχι από άστρα, αλλά απευθείας από ακραίες διακυμάνσεις της πυκνότητας της ύλης λίγο μετά το Big Bang», εξηγεί η ερευνητική ομάδα στη δημοσίευσή της.
Σύμφωνα με αυτή την υπόθεση, τέτοια αντικείμενα θα μπορούσαν να έχουν εμφανιστεί πολύ πριν από τα πρώτα άστρα και γαλαξίες.
Οι περισσότερες πιθανότατα ήταν μικροσκοπικές και εξατμίστηκαν γρήγορα, όμως ένα μικρό ποσοστό ενδέχεται να διέθετε αρκετή μάζα ώστε να επιβιώσει και να αρχίσει να αναπτύσσεται ενεργά.
Τι έδειξαν οι υπολογιστικές προσομοιώσεις
Για να ελέγξουν τη βιωσιμότητα της ιδέας, οι επιστήμονες πραγματοποίησαν μια σειρά σύνθετων αριθμητικών προσομοιώσεων.
Τα μοντέλα έλαβαν υπόψη την αλληλεπίδραση του αερίου με τον αρχικά μαζικό «σπόρο» της πρωτογενούς μαύρης τρύπας, τις διεργασίες σχηματισμού άστρων στη γειτονιά της, καθώς και την επίδραση εκρήξεων υπερκαινοφανών που θα μπορούσαν να τροφοδοτήσουν τη μαύρη τρύπα με επιπλέον ύλη.
Τα αποτελέσματα ήταν εντυπωσιακά ακριβή. Οι προσομοιώσεις κατάφεραν να αναπαράγουν αρκετά βασικά χαρακτηριστικά του Abell 2744-QSO1: την τελική μάζα της μαύρης τρύπας, τον εξαιρετικά μικρό αριθμό άστρων του γαλαξία, ακόμη και τη χημική του σύσταση.
Αυτή η σύμπτωση δεν αποδεικνύει την πρωτογενή προέλευση του αντικειμένου, αλλά δείχνει ότι το μοντέλο είναι συμβατό με τις παρατηρήσεις του JWST.
Γιατί η ανακάλυψη είναι σημαντική για την επιστήμη
Αν επιβεβαιωθεί η υπόθεση των πρωτογενών μαύρων τρυπών, θα μπορούσε να αλλάξει ριζικά την κατανόησή μας για το πρώιμο Σύμπαν.
Τέτοια αντικείμενα ενδέχεται να έπαιξαν καθοριστικό ρόλο στον σχηματισμό των πρώτων γαλαξιών, επιταχύνοντας την εξέλιξή τους και διαμορφώνοντας τη δομή του κοσμικού ιστού.
Οι επιστήμονες τονίζουν ότι οι καθιερωμένες θεωρίες δεν έχουν αποκλειστεί πλήρως, όμως απαιτούν όλο και περισσότερες υποθέσεις για να εξηγήσουν τέτοιου είδους ευρήματα.
Τα νέα δεδομένα από το James Webb Space Telescope καθιστούν τα εναλλακτικά σενάρια ολοένα και πιο ελκυστικά.
www.bankingnews.gr
Βαθιά στο πρώιμο Σύμπαν, οι επιστήμονες ανακάλυψαν ένα αντικείμενο που αψηφά τα συμβατικά σενάρια για τη γέννηση των γαλαξιών και των μαύρων τρυπών.
Το αντικείμενο αυτό, μια υπερμεγέθης μαύρη τρύπα, εμφανίστηκε υπερβολικά νωρίς και αποδείχθηκε υπερβολικά μεγάλη για την κοσμική της ηλικία.
Ένα εύρημα που δεν θα έπρεπε να υπάρχει
Οι παρατηρήσεις που πραγματοποιήθηκαν με το James Webb Space Telescope επικεντρώθηκαν στον γαλαξία Abell 2744-QSO1.
Το αντικείμενο αυτό υπήρχε μόλις 700 εκατομμύρια χρόνια μετά το Big Bang - σε μια εποχή που το Σύμπαν μόλις άρχιζε να σχηματίζει τις πρώτες σταθερές δομές του.
Εκεί οι αστρονόμοι ανίχνευσαν μια ενεργή μαύρη τρύπα με μάζα περίπου 50 εκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από αυτή του Ήλιου!
Με κοσμικά μέτρα, αυτή η τιμή μοιάζει παράδοξη. Στο καθιερωμένο μοντέλο εξέλιξης του Σύμπαντος, πρώτα σχηματίζονται τα άστρα, έπειτα οι γαλαξίες, και μόνο μετά τον θάνατο των πιο ογκωδών άστρων εμφανίζονται οι μαύρες τρύπες.
Η ανάπτυξή τους θεωρείται αργή διαδικασία, που εκτείνεται σε εκατοντάδες εκατομμύρια ή και δισεκατομμύρια χρόνια.
Ωστόσο, στην περίπτωση του Abell 2744-QSO1, ισχύει το αντίθετο: η μαύρη τρύπα είναι ήδη γιγαντιαία, ενώ ο ίδιος ο γαλαξίας είναι φτωχός σε άστρα.
Γιατί δεν λειτουργούν οι καθιερωμένες θεωρίες
Οι επιστήμονες ενδιαφέρθηκαν ιδιαίτερα για την ανισορροπία μεταξύ της μάζας της μαύρης τρύπας και του αστρικού πληθυσμού του γαλαξία.
Συνήθως υπάρχει ισχυρή συσχέτιση μεταξύ αυτών των ποσοτήτων: όσο πιο μαζικός είναι ο γαλαξίας, τόσο μεγαλύτερη είναι η κεντρική του μαύρη τρύπα.
Εδώ όμως παρατηρείται έντονη απόκλιση — σαν να μεγάλωσε πρώτα ο «πυρήνας» πριν από το «σώμα».
Αυτή η ασυμφωνία οδήγησε τους ερευνητές να αμφισβητήσουν ότι το αντικείμενο προέκυψε με τον κλασικό τρόπο, μέσω της κατάρρευσης άστρων και της σταδιακής απορρόφησης ύλης.
Ακόμη και με τον πιο έντονο ρυθμό ανάπτυξης σε τόσο σύντομο χρονικό διάστημα, η μαύρη τρύπα δεν θα έπρεπε να έχει φτάσει σε τέτοιο μέγεθος.
Η υπόθεση των πρωτογενών μαύρων τρυπών
Αναζητώντας μια εξήγηση, μια διεθνής ομάδα επιστημόνων υπό τον Boyuan Liu από το Πανεπιστήμιο του Cambridge στράφηκε σε μια παλιά αλλά ακόμη αμφιλεγόμενη ιδέα.
Ήδη από τη δεκαετία του 1970, οι Stephen Hawking και Bernard Carr είχαν προτείνει ότι οι λεγόμενες πρωτογενείς μαύρες τρύπες θα μπορούσαν να έχουν σχηματιστεί στα πρώτα κιόλας στιγμιότυπα της ύπαρξης του Σύμπαντος.
«Μιλάμε για μαύρες τρύπες που θα μπορούσαν να έχουν προκύψει όχι από άστρα, αλλά απευθείας από ακραίες διακυμάνσεις της πυκνότητας της ύλης λίγο μετά το Big Bang», εξηγεί η ερευνητική ομάδα στη δημοσίευσή της.
Σύμφωνα με αυτή την υπόθεση, τέτοια αντικείμενα θα μπορούσαν να έχουν εμφανιστεί πολύ πριν από τα πρώτα άστρα και γαλαξίες.
Οι περισσότερες πιθανότατα ήταν μικροσκοπικές και εξατμίστηκαν γρήγορα, όμως ένα μικρό ποσοστό ενδέχεται να διέθετε αρκετή μάζα ώστε να επιβιώσει και να αρχίσει να αναπτύσσεται ενεργά.
Τι έδειξαν οι υπολογιστικές προσομοιώσεις
Για να ελέγξουν τη βιωσιμότητα της ιδέας, οι επιστήμονες πραγματοποίησαν μια σειρά σύνθετων αριθμητικών προσομοιώσεων.
Τα μοντέλα έλαβαν υπόψη την αλληλεπίδραση του αερίου με τον αρχικά μαζικό «σπόρο» της πρωτογενούς μαύρης τρύπας, τις διεργασίες σχηματισμού άστρων στη γειτονιά της, καθώς και την επίδραση εκρήξεων υπερκαινοφανών που θα μπορούσαν να τροφοδοτήσουν τη μαύρη τρύπα με επιπλέον ύλη.
Τα αποτελέσματα ήταν εντυπωσιακά ακριβή. Οι προσομοιώσεις κατάφεραν να αναπαράγουν αρκετά βασικά χαρακτηριστικά του Abell 2744-QSO1: την τελική μάζα της μαύρης τρύπας, τον εξαιρετικά μικρό αριθμό άστρων του γαλαξία, ακόμη και τη χημική του σύσταση.
Αυτή η σύμπτωση δεν αποδεικνύει την πρωτογενή προέλευση του αντικειμένου, αλλά δείχνει ότι το μοντέλο είναι συμβατό με τις παρατηρήσεις του JWST.
Γιατί η ανακάλυψη είναι σημαντική για την επιστήμη
Αν επιβεβαιωθεί η υπόθεση των πρωτογενών μαύρων τρυπών, θα μπορούσε να αλλάξει ριζικά την κατανόησή μας για το πρώιμο Σύμπαν.
Τέτοια αντικείμενα ενδέχεται να έπαιξαν καθοριστικό ρόλο στον σχηματισμό των πρώτων γαλαξιών, επιταχύνοντας την εξέλιξή τους και διαμορφώνοντας τη δομή του κοσμικού ιστού.
Οι επιστήμονες τονίζουν ότι οι καθιερωμένες θεωρίες δεν έχουν αποκλειστεί πλήρως, όμως απαιτούν όλο και περισσότερες υποθέσεις για να εξηγήσουν τέτοιου είδους ευρήματα.
Τα νέα δεδομένα από το James Webb Space Telescope καθιστούν τα εναλλακτικά σενάρια ολοένα και πιο ελκυστικά.
www.bankingnews.gr
Σχόλια αναγνωστών