Τα δύο υπερμεγέθη αντικείμενα, που τροφοδοτούνται με τεράστιες ποσότητες ύλης, εντοπίστηκαν μόλις 900 εκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Οι αστρονόμοι αδυνατούν ακόμη να εξηγήσουν πώς κατάφεραν να αποκτήσουν τόσο τεράστια μάζα σε τόσο πρώιμη εποχή.
Μια εντυπωσιακή ανακάλυψη πραγματοποίησε διεθνής ομάδα αστρονόμων, εντοπίζοντας το αρχαιότερο και πιο συμπαγές ζεύγος κβάζαρ που έχει παρατηρηθεί μέχρι σήμερα στο Σύμπαν. Το σύστημα, με την ονομασία J1602+4228AB και το χαβανέζικο προσωνύμιο Nāpōwawāʻenakaulua, αποτελείται από δύο υπερμεγέθεις μελανές οπές που τροφοδοτούνται ενεργά με ύλη και βρίσκονται σε εξαιρετικά μικρή απόσταση μεταξύ τους.
Το εντυπωσιακό είναι ότι το φως τους ξεκίνησε το ταξίδι του προς τη Γη όταν το Σύμπαν είχε ηλικία μόλις 900 εκατομμυρίων ετών, δηλαδή περίπου το ένα δέκατο τρίτο της σημερινής του ηλικίας.
Η ανακάλυψη πραγματοποιήθηκε με τη συνδυασμένη αξιοποίηση παρατηρήσεων από το τηλεσκόπιο Gemini North, το οποίο βρίσκεται στο ανενεργό ηφαίστειο Maunakea στη Χαβάη, και το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb. Τα αποτελέσματα της έρευνας παρουσιάζονται σε δημοσίευση στο επιστημονικό περιοδικό The Astrophysical Journal Letters, με επικεφαλής τη Silvia Onorato, μεταδιδακτορική ερευνήτρια στο NSF NOIRLab.
Δύο μελανές οπές με ασύλληπτη μάζα
Οι δύο μελανές οπές βρίσκονται σε απόσταση περίπου 18.100 ετών φωτός μεταξύ τους, δηλαδή σε μια απόσταση που αντιστοιχεί περίπου στο ένα πέμπτο της διαμέτρου του Γαλαξία μας. Η μεγαλύτερη έχει μάζα περίπου 1,5 δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από τη μάζα του Ήλιου, ενώ η δεύτερη φτάνει τις 400 εκατομμύρια ηλιακές μάζες.
Πρόκειται για εντυπωσιακά μεγέθη, ιδιαίτερα αν αναλογιστούμε ότι παρατηρούμε το σύστημα σε μια εποχή κατά την οποία το Σύμπαν βρισκόταν ακόμη στα πρώτα στάδια της εξέλιξής του. Οι δύο μελανές οπές είχαν ήδη αποκτήσει μάζες συγκρίσιμες με εκείνες των υπερμεγεθών μελανών οπών που παρατηρούμε στους γαλαξίες του σημερινού Σύμπαντος.
«Δεν υπάρχει οριστική θεωρητική εξήγηση για το πώς μπορεί να υπάρχει έστω και μία από αυτές τις γιγάντιες μελανές οπές τόσο νωρίς στην ιστορία του Σύμπαντος, πόσο μάλλον δύο», αναφέρει η Silvia Onorato.
Η ανακάλυψη επομένως θέτει νέα ερωτήματα σχετικά με τους μηχανισμούς που επέτρεψαν στις πρώτες μελανές οπές να αναπτυχθούν τόσο γρήγορα και να αποκτήσουν τεράστιες μάζες σε σχετικά σύντομο κοσμικό χρονικό διάστημα.
Η εποχή της κοσμικής αυγής
Για να κατανοήσουμε τη σημασία της ανακάλυψης, πρέπει να επιστρέψουμε στα πρώτα δισεκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, μια περίοδο που οι αστρονόμοι αποκαλούν Κοσμική Αυγή.
Τότε, τα πρώτα νέφη σκοτεινής ύλης κατέρρεαν υπό την επίδραση της βαρύτητας, σχηματίζοντας τις δομές μέσα στις οποίες γεννήθηκαν οι πρώτοι γαλαξίες. Τα πρώτα άστρα άρχισαν να φωτίζουν το Σύμπαν, ενώ στα κέντρα των νεαρών γαλαξιών σχηματίζονταν και αναπτύσσονταν οι πρώτες υπερμεγέθεις μελανές οπές.
Καθώς οι γαλαξίες αλληλεπιδρούσαν και συγκρούονταν, τεράστιες ποσότητες αερίου και άστρων διοχετεύονταν προς τις κεντρικές μελανές οπές. Το υλικό αυτό σχημάτιζε θερμούς δίσκους προσαύξησης γύρω τους, απελευθερώνοντας τεράστιες ποσότητες ενέργειας. Η ακτινοβολία που παράγεται κατά τη διαδικασία αυτή μπορεί να είναι τόσο έντονη ώστε να ξεπερνά τη συνολική λαμπρότητα όλων των άστρων του γαλαξία που φιλοξενεί την μελανή οπή. Αυτά τα εξαιρετικά φωτεινά αντικείμενα είναι τα γνωστά μας κβάζαρ.
Οι επιστήμονες θεωρούν ότι τα ζεύγη κβάζαρ πρέπει να είναι σχετικά συνηθισμένα, καθώς οι συγκρούσεις και οι συγχωνεύσεις γαλαξιών αποτελούν βασικό μέρος της κοσμικής εξέλιξης. Ωστόσο, ο εντοπισμός τους είναι ιδιαίτερα δύσκολος, επειδή η ενεργή φάση ενός κβάζαρ διαρκεί σχετικά λίγο, τα αντικείμενα αυτά βρίσκονται σε τεράστιες αποστάσεις και η μικρή μεταξύ τους απόσταση καθιστά δύσκολο τον διαχωρισμό τους με τα τηλεσκόπια.
Το Nāpōwawāʻenakaulua αποτελεί μόλις το τρίτο γνωστό ζεύγος κβάζαρ που έχει εντοπιστεί στην εποχή της κοσμικής αυγής.
Πώς αποκαλύφθηκε το ζεύγος
Η ανακάλυψη προέκυψε από τα δεδομένα της ερευνητικής παρατήρησης Aether, ενός προγράμματος του James Webb που έχει ως στόχο τη συστηματική καταγραφή και μελέτη αντικειμένων του πρώιμου Σύμπαντος.
Το πρόγραμμα, με επικεφαλής τον Emanuele Paolo Farina, αξιοποίησε το όργανο Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec) του Webb, συλλέγοντας δεδομένα για περίπου 200 κβάζαρ. Το δείγμα αυτό αντιπροσωπεύει το 43% των κβάζαρ που είναι γνωστά σε αυτή την πρώιμη κοσμική εποχή. Κατά την οπτική εξέταση των δεδομένων, οι ερευνητές παρατήρησαν ότι το κβάζαρ J1602+4228A δεν ήταν ένα μεμονωμένο αντικείμενο, αλλά είχε έναν πολύ κοντινό συνοδό.
Για να επιβεβαιώσουν την ανακάλυψη, στράφηκαν στο Gemini North και στο όργανο Gemini Near-Infrared Spectrograph (GNIRS), το οποίο τους επέτρεψε να διαχωρίσουν φασματοσκοπικά τα δύο κβάζαρ.
Η παρατήρηση του δεύτερου, πολύ πιο αμυδρού κβάζαρ από επίγεια τηλεσκόπια θεωρούνταν εξαιρετικά δύσκολη. Ωστόσο, οι ιδανικές καιρικές συνθήκες και η εξαιρετική διαύγεια της ατμόσφαιρας πάνω από το Maunakea, επέτρεψαν στην ερευνητική ομάδα να συγκεντρώσει τα απαραίτητα δεδομένα μέσα σε μόλις δύο νύχτες.
Συμπληρωματικές παρατηρήσεις με το Gemini Multi-Object Spectrograph (GMOS) βοήθησαν επίσης στον ακριβέστερο προσδιορισμό των χαρακτηριστικών του συστήματος.
Ένα κοσμικό μυστήριο που περιμένει απαντήσεις
Παρά τη σημαντική ανακάλυψη, η προέλευση του Nāpōwawāʻenakaulua παραμένει αινιγματική. Οι ερευνητές εκτιμούν ότι το συγκεκριμένο ζεύγος ενδέχεται να αποτελεί ένδειξη μιας περιοχής εξαιρετικά υψηλής πυκνότητας ύλης στο πρώιμο Σύμπαν. Σε ένα τέτοιο περιβάλλον, οι έντονες αλληλεπιδράσεις μεταξύ γαλαξιών θα μπορούσαν να έχουν τροφοδοτήσει ταυτόχρονα τη δημιουργία νέων άστρων και την ταχύτατη ανάπτυξη των κεντρικών μελανών οπών.
Όπως επισημαίνει η Onorato, το σύστημα αποτελεί ένα μοναδικό φυσικό εργαστήριο για τη μελέτη του τρόπου με τον οποίο σχηματίστηκαν οι πρώτοι μεγάλοι γαλαξίες και αναπτύχθηκαν οι υπερμεγέθεις μελανές οπές στα κέντρα τους, μέσα από τις άμεσες αλληλεπιδράσεις μεταξύ γαλαξιών.
Το Nāpōwawāʻenakaulua δεν είναι απλώς ένα ακόμη μακρινό αστρονομικό αντικείμενο. Είναι ένα παράθυρο σε μια εποχή κατά την οποία οι βασικές κοσμικές δομές βρίσκονταν ακόμη υπό διαμόρφωση και οι διαδικασίες που οδήγησαν στο σημερινό Σύμπαν λειτουργούσαν με εντυπωσιακή ταχύτητα.
Το γεγονός ότι δύο τόσο τεράστιες μελανές οπές είχαν ήδη σχηματιστεί και τροφοδοτούνταν ενεργά, λιγότερο από ένα δισεκατομμύριο χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, υπογραμμίζει πόσα σημαντικά ερωτήματα παραμένουν αναπάντητα για την πρώτη περίοδο της κοσμικής ιστορίας. Ίσως, τελικά, τα δεδομένα του James Webb να μας οδηγήσουν σε μια βαθύτερη αναθεώρηση των θεωριών μας για το πώς γεννήθηκαν και μεγάλωσαν οι πρώτες υπερμεγέθεις μελανές οπές.
https://noirlab.edu/public/news/noirlab2627
http://doi.org/10.3847/2041-8213/aeb11f
Ο Όμιλος Φίλων Αστρονομίας στα μέσα κοινωνικής δικτύωσης: facebook, instagram, x, tiktok, youtube