Ανακάλυψη «άστρου μαύρης τρύπας» που ίσως εξηγεί τις μυστηριώδεις κόκκινες κουκκίδες
Η ανακάλυψη έγινε με τη βοήθεια του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb (JWST)
Snapshot
- Επιστήμονες εντόπισαν στο πρώιμο Σύμπαν ένα νέο αστρονομικό αντικείμενο, το MoM–BH–1*, που συνδυάζει μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα με ένα τεράστιο νέφος αερίου.
- Το αντικείμενο εκπέμπει ενέργεια 100 δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από αυτήν ενός άστρου και έχει μέγεθος συγκρίσιμο με το Ηλιακό Σύστημα.
- Το φάσμα του MoM–BH–1* περιέχει μόνο υδρογόνο και ήλιο, χωρίς βαριά στοιχεία, και παρουσιάζει έντονη απορρόφηση φωτός που δεν ταιριάζει με γνωστά άστρα ή γαλαξίες.
- Το μοντέλο που ταιριάζει καλύτερα στις παρατηρήσεις περιγράφει μια μαύρη τρύπα 100.000 ηλιακών μαζών περιβαλλόμενη από πυκνό νέφος υδρογόνου, που παράγει την ακραία φωτεινότητα.
- Η ανακάλυψη μπορεί να εξηγήσει τα μυστηριώδη "Little Red Dots" που παρατηρήθηκαν από το James Webb, υποδεικνύοντας ότι τέτοια "άστρα μαύρης τρύπας" μπορεί να είναι κοινά στο πρώιμο Σύμπαν.
Ένα άγνωστο μέχρι σήμερα αστρονομικό αντικείμενο εντόπισαν επιστήμονες στο πολύ πρώιμο Σύμπαν, το οποίο φαίνεται να αποτελεί έναν εντυπωσιακό συνδυασμό μιας τεράστιας μαύρης τρύπας και ενός άστρου.
Η ανακάλυψη έγινε με τη βοήθεια του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb (JWST), καθώς οι ερευνητές αναζητούσαν μερικούς από τους αρχαιότερους γαλαξίες του Σύμπαντος. Ανάμεσα στα δεδομένα εντόπισαν ένα εξαιρετικά φωτεινό και έντονα κόκκινο αντικείμενο, το οποίο αρχικά έμοιαζε με ένα γιγάντιο άστρο.
Ωστόσο, το αντικείμενο, που ονομάστηκε MoM–BH–1*, παρουσίαζε χαρακτηριστικά που δεν ταίριαζαν με κανένα γνωστό άστρο ή γαλαξία.
Οι επιστήμονες υπολόγισαν ότι εκπέμπει ενέργεια περίπου 100 δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από αυτή που μπορεί να παράγει ένα άστρο μέσω της πυρηνικής σύντηξης.
«Αυτό σημαίνει ότι δεν μπορεί να τροφοδοτείται από την πυρηνική σύντηξη, η οποία αποτελεί την πηγή ενέργειας στην καρδιά όλων των άστρων που γνωρίζουμε», εξηγεί ο επικεφαλής της έρευνας, δρ. Rohan Naidu, από το Massachusetts Institute of Technology και το Πανεπιστήμιο της Χαβάης.
Ένα «άστρο» στο μέγεθος του Ηλιακού Συστήματος
Σύμφωνα με τη μελέτη που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature, το MoM–BH*–1 θα μπορούσε να είναι ένα εντελώς νέο είδος αστρονομικού αντικειμένου, το οποίο οι ερευνητές αποκαλούν «άστρο μαύρης τρύπας» (black hole star).
Πρόκειται, σύμφωνα με το μοντέλο τους, για ένα τεράστιο νέφος αερίου που περιβάλλει μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα. Η μαύρη τρύπα βρίσκεται στο κέντρο και τροφοδοτείται με τεράστιες ποσότητες ύλης, απελευθερώνοντας τόσο μεγάλη ενέργεια ώστε αυτή να διαπερνά το πυκνό περίβλημα αερίου.
Η μαύρη τρύπα εκτιμάται ότι έχει μάζα περίπου 100.000 φορές μεγαλύτερη από εκείνη του Ήλιου, ενώ το περίβλημα υδρογόνου γύρω της είναι τόσο πυκνό ώστε από μακριά μοιάζει με την επιφάνεια ενός γιγάντιου άστρου, με μέγεθος συγκρίσιμο με ολόκληρο το Ηλιακό Σύστημα.
Ένα αντικείμενο που δεν έμοιαζε με τίποτα γνωστό
Οι ερευνητές δεν αναζητούσαν εξαρχής τέτοιου είδους αντικείμενα. Στο πλαίσιο της έρευνας «Miracle or Mirage» μελετούσαν εξαιρετικά φωτεινούς γαλαξίες που εμφανίστηκαν στις πρώτες εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.
Το συγκεκριμένο αντικείμενο, όμως, ξεχώρισε αμέσως.
Το φως του ήταν σχεδόν εξ ολοκλήρου κόκκινο και παρουσίαζε μια εξαιρετικά απότομη εξαφάνιση κάτω από ένα συγκεκριμένο μήκος κύματος. Το φαινόμενο αυτό είναι γνωστό ως Balmer Break και συνδέεται συνήθως με πυκνά αέρια που απορροφούν φωτόνια στις ατμόσφαιρες άστρων ηλικίας μερικών εκατοντάδων εκατομμυρίων ετών.
Η συγκεκριμένη απορρόφηση ήταν, όμως, η βαθύτερη που έχουν παρατηρήσει μέχρι σήμερα οι επιστήμονες, γεγονός που απέκλεισε τα συνηθισμένα άστρα ως πιθανή εξήγηση.
Παράλληλα, το φάσμα του αντικειμένου δεν παρουσίαζε τις χαρακτηριστικές υπογραφές μετάλλων που αναμένονται σε ένα άστρο. Περιείχε ουσιαστικά μόνο υδρογόνο και ήλιο, τα δύο ελαφρύτερα στοιχεία του Σύμπαντος.
«Είναι πολύ ιδιαίτερο να βρίσκεις ένα αντικείμενο χωρίς κανένα πραγματικό αντίστοιχο, δεδομένου του τεράστιου όγκου δεδομένων που διαθέτουμε για δισεκατομμύρια άστρα, γαλαξίες και μαύρες τρύπες», σημειώνει ο Naidu.
Η λύση κρύβεται σε μια μαύρη τρύπα
Οι ερευνητές πραγματοποίησαν σειρά προσομοιώσεων σε υπολογιστές, εξετάζοντας διαφορετικούς συνδυασμούς αστρονομικών χαρακτηριστικών που θα μπορούσαν να εξηγήσουν το ασυνήθιστο χρώμα και την ακραία φωτεινότητα του αντικειμένου.
Η απάντηση προέκυψε όταν αντικατέστησαν το υποθετικό άστρο με μια ενεργή μαύρη τρύπα περιτριγυρισμένη από υδρογόνο.
Το μοντέλο που ταίριαξε καλύτερα στις παρατηρήσεις περιλάμβανε μια μαύρη τρύπα 100.000 ηλιακών μαζών, εγκλωβισμένη μέσα σε ένα εξαιρετικά πυκνό νέφος υδρογόνου.
«Η μαύρη τρύπα που τροφοδοτείται ταχύτατα στο κέντρο είναι η πηγή της ενέργειάς του», εξηγεί ο Naidu. Η ενέργεια αυτή θα μπορούσε να μεταφέρεται μέσω ακτινοβολίας, ανέμων ή κρουστικών κυμάτων που προσκρούουν στα πυκνά στρώματα αερίου γύρω από τη μαύρη τρύπα.
Το μοντέλο αυτό εξηγεί ταυτόχρονα την ακραία φωτεινότητα, την έντονη απορρόφηση του φωτός και την απουσία στοιχείων βαρύτερων από το υδρογόνο και το ήλιο.
Μπορεί να υπάρχουν εκατοντάδες τέτοια «άστρα»;
Η ανακάλυψη αποκτά ακόμη μεγαλύτερη σημασία επειδή το James Webb έχει ήδη εντοπίσει εκατοντάδες «μικρές κόκκινες κουκκίδες» (Little Red Dots) στο πρώιμο Σύμπαν.
Πρόκειται για μυστηριώδη αντικείμενα που εμφανίζονται όταν το Σύμπαν ήταν μόλις μερικές εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια old, αλλά φαίνεται να έχουν εξαφανιστεί από το σημερινό Σύμπαν.
Οι ερευνητές υποστηρίζουν τώρα ότι τουλάχιστον ένα μέρος αυτών των αντικειμένων μπορεί να κρύβει στο κέντρο του μια «μαύρη τρύπα-άστρο».
«Μια Black Hole Star μπορεί να βρίσκεται στην καρδιά κάθε Little Red Dot», υποστηρίζει ο Naidu.
Σύμφωνα με αυτή την υπόθεση, το χαρακτηριστικό κόκκινο χρώμα των Little Red Dots προκαλείται επειδή το μπλε φως απορροφάται από τα εξαιρετικά πυκνά νέφη αερίου που περιβάλλουν τις μαύρες τρύπες.
Αν η ερμηνεία επιβεβαιωθεί από μελλοντικές παρατηρήσεις του James Webb, θα μπορούσε να προσφέρει μια νέα εξήγηση για ένα από τα μεγαλύτερα μυστήρια του πρώιμου Σύμπαντος: πώς σχηματίστηκαν τόσο γρήγορα οι τεράστιες μαύρες τρύπες και τα εξαιρετικά φωτεινά αντικείμενα που βλέπουμε στις απαρχές της κοσμικής ιστορίας.
