Univerzum: új, mindeddig ismeretlen kozmikus objektumot fedeztek fel

A csillagászok megtalálták egy mindeddig hipotetikus kozmikus objektum, az úgynevezett feketelyuk-csillag legígéretesebb jelöltjét, ami az ősrobbanás utáni korai világegyetem hajnalán születhetett. Ha az új felfedezés megerősítést nyer, az asztrofizikusok közelebb kerülhetnek az univerzum egyik legtitokzatosabb jelensége, a James Webb űrteleszkóppal (JWST) észlelt, és kis vörös pontoknak nevezett több száz bíborvörös fényű objektumból álló csoport eredetének a megfejtéséhez is. Ezek a furcsa vörös pontok majdnem olyan régiek, mint maga az univerzum, és sokkal fényesebben ragyognak mint a csillagok, de túl halványak ahhoz, hogy teljesen kialakult galaxisok legyenek, ami miatt a modern csillagászat egyik legnagyobb rejtélyévé váltak.

Az univerzum egy újabb rejtélyes jelenségét tárhatták fel Forrás: Scientific American

Úgy viselkedik, mintha egy hatalmas csillag része lenne, pedig nem az

Az első jel, ami arra utalt, hogy a MoM-BH*-1 kilóg a sorból, az a feltűnő rubinvörös árnyalata volt; ugyanis sokkal vörösebb más LRD-hez, a kis vörös pontoknak  nevezett objektumokhoz képest. 

Amikor valami nagyon vöröset látunk az univerzumban, gyakran azt feltételezzük, hogy por veszi körül

– mondja Robert Simcoe, a Massachusetts-i Műszaki Egyetem (Massachusetts Institute of Technology, MIT) Kavli Asztrofizikai és Űrkutatási Intézetének igazgatója, és a tanulmány társszerzője.

A fekete lyukakat általában túlhevített anyagból álló izzó gyűrűk veszik körül, amelyeket alkalmanként láthatunk is  Fotó: Event Horizon Telescope Collaboration

A por blokkolja a rövidebb kék fényhullámhosszakat, így a fennmaradó fény vörösebbnek tűnik, hasonlóan ahhoz, ahogyan a hamu és a füst narancssárgára színezheti az eget egy nagy erdőtűz után – tette hozzá a kutató. 

Ennek ellenére azonban bizonyosnak látszik, hogy ez a fényes anyag mégsem kozmikus por, mivel az elektromágneses spektrumából hiányoznak bizonyos fényhullámhosszok. E hullámhosszok hiánya -amit Balmer-törésnek neveznek-, viszont arra utal, hogy egyes fényhullámok teljesen blokkolva lehetnek.

Az univerzum e rejtélyes jelenségei hátterében a fekete lyukak állhatnak  Fotó: Live Science

 Ez valószínűleg azt jelenti, hogy a fény egy rendkívül sűrű gázhéjon keresztül világít át azokhoz a hatalmas csillagokhoz hasonlóan, mint amilyen a nyári égbolt legfényesebb csillaga, a Vega. Az elvégzett vizsgálatok szerint az objektum színképéből szinte teljesen hiányoznak a nehézfémek, ami arra utal, hogy ez a sűrű gáz szinte kizárólag hidrogénből és héliumból áll, hasonlóan a Naphoz és más átlagos csillagokhoz.

A korai univerzum számos furcsa jelenség tárháza  Fotó: ESA / Live Science

 „A Balmer-törés azonban amit ennél az objektumnál megfigyeltünk, messze a legmélyebb, amit valaha bármilyen más kozmikus objektumnál láttunk, ez pedig kizárja a 'közönséges' csillagokat, mint a jelenség lehetséges forrásait” – mondja Rohan Naidu, a tanulmány első szerzője. 

Hogy megfejtsék, miért viselkedik úgy ez a gáz, mintha egy hatalmas csillag része lenne holott nem az, a kutatók több szimulációt is lefuttattak. Ezekből kiderült, az egyetlen valószínű forgatókönyv az, hogy a fényes gázgömb egy hatalmas fekete lyukat rejt a mélyén.

Túl nagy a fényük ahhoz hogy csillagok, de túl halvány ahhoz, hogy galaxisok lehessenek

Normális esetben a fekete lyukak a körülöttük örvénylő akkréciós korongon keresztül szívják be a környezetükben lévő összes anyagot. A különösen nagy és gyorsan forgó fekete lyukak, a kvazárok, azonban olyan gyorsan képesek magukba szívni az anyagot, hogy eközben óriási energianyalábokat is kilőnek magukból.

Egy közeli kvazár. A ragyogó, központi csillagszerű fényforrás kitakarása után láthatóvá válik a kvazárnak otthont adó halvány galaxis Fotó: NASA

A csillagszerű és rendkívül erős rádióforrások, a kvazárok közepén óriási energiaforrás, a legnagyobb valószínűség szerint egy fekete lyuk található. Ezt néhány fényév átmérőjű korong veszi körül, amelynek közelében gyorsan úszó gázfelhők találhatók. A Földről megfigyelhető kozmikus objektumok közül a kvazároknak a legnagyobb a vöröseltolódása, vagyis ezek a legnagyobb sebességgel távolodó égitestek; így például a 3C 273 jelű és az eddig leggyorsabbként ismert kvazár a fénysebesség 16 százalékával távolodik tőlünk. A kvazárok túlnyomó többsége több milliárd fényév távolságra található, így az univerzum legtávolabbi és egyben a legidősebb objektumai közé tartoznak.

A kutatók úgy vélik, hogy ha egy ehhez hasonló objektumot vesz körül nagy kiterjedésű gázfelhő, az nemcsak hogy szorosan egybe tartja ezt az anyagot, hanem túl is hevíti, átvéve a normál esetben a csillagok belsejében zajló magfúzió szerepét. 

A tanulmányt jegyző tudóscsoport becslése szerint a MoM-BH*-1-ben megbúvó fekete lyuk tömege elérheti a 100 000 naptömeget, ami éppen elég ahhoz, hogy szupermasszívnak minősüljön.

 Az NGC 4945 galaxis középpontjában lévő szupermasszív fekete lyuk környékének asztrofotója   Fotó: ESO/C. Marconcini et al.

Azokat a fekete lyukakat nevezzük szupernagy vagy szupermasszív fekete lyukaknak, amelyeknek százezer és tízmilliárd naptömeg közé esik a tömege. A legtöbb szupermasszív fekete lyuk a galaxisok középpontjából ismert.

Az LRD-rejtély központi kérdése, hogy ezek a távoli extrém fényes vörös pontok túl nagyok ahhoz, hogy szabályos csillagok legyenek, ahhoz viszont túl halványak, hogy galaxisok. 

A kvazárokat – amelyek fényességüket tekintetve valahol a szupernagy csillagok és a galaxisok között helyezkednek el –, ezért már régebb óta potenciális jelöltként emlegetik e távoli objektumok eredetének megfejtéséhez.

Az LRD fénye elnyomhatja az anyagalaxisa fényét   Fotó: Earth.com

 A tudósok mindeddig nem tudták megmagyarázni, hogy ezek az objektumok miért nem bocsátanak ki magukból semmilyen nagy energiájú sugárzást, azaz röntgen –, vagy gamma-sugárzást, mint ahogy az univerzum más kvazárainál észlelhető. 

A kvazárok e sajátos feketelyuk-csillagai azonban megoldhatják ezt a problémát, mivel sűrű gázgubóik elméletileg blokkolhatják az általuk termelt nagy energiájú sugárzás jelentős részét, lényegében elfedve ezzel a valódi mivoltukat.

Feketelyuk-csillagok és minigalaxisok különös társulása

Nem ez az első alkalom, hogy a csillagászok azt feltételezik, miszerint a fekete lyukak e sajátos csillagai állhatnak az LRD-k hátterében, de mindeddig nem tudták még kideríteni ezeknek az objektumoknak a keletkezési mechanizmusát. 

Ráadásul az eddig észlelt LRD-k közül jó néhány sokkal nagyobb mint a MoM-BH*-1, és az sem világos, hogy valójában mekkorák lehetnek az általuk takart fekete lyukak. 

Az NGC 4319 spirálgalaxis és a látszólag mellette de a valóságban sokkal messzebb fekvő Markarjan 205 kvazár   Fotó: NASA/ESA

A kutatók éppen ezért azt gyanítják, hogy a legtöbb LRD valójában egy olyan mini-galaxis, amelyek mindegyikének magjában egy feketelyuk-csillag található. Ha ez valóban így van, akkor az ilyen konfigurációk valószínűleg akkor keletkezhettek, amikor feketelyuk-csillagok ősi csillaghalmazokkal ütköztek – vélik a tanulmányt jegyző kutatók. 

A MoM-BH*-1 képei arra utalnak, hogy körülbelül 100 millió év múlva ütközhet egy mini-galaxissal, 

és ez azt mutatja, hogy lehetséges ez az elképzelés. (A két objektum valószínűleg régen már ütközhetett egymással, csak még nem láttuk e kölcsönhatás fényét.) 

A MoM-BH*-1-ről úgy vélik, hogy egy feketelyuk-csillag.(művészi ábra)   Fotó: MIT

A kutatók megjegyezik, hogy a MoM-BH*-1 egy nagyobb galaktikus struktúra része lehet, de annyira erős a fénye, hogy túlvilágítja a környező gazdagalaxisát, és ez lehet a magyarázat arra is, hogy miért csak a feketelyuk-csillag fényét látjuk” – mondja Roham Naidu, a tanulmány első szerzője és a Hawaii Egyetem csillagásza. 

Ahhoz, hogy az asztrofizikusok a bizonyosság szintjén kimondhassák, miszerint minden LRD feketelyuk-csillagokhoz kapcsolódik, még további kutatások szükségesek.

A tanulmányt teljes terjedelmében angol nyelven itt lehet elolvasni.

A Nature szakfolyóiratban augusztus 12-én megjelent tanulmány szerint:

• a James Webb űrteleszkóp segítségével felfedezett MoM-BH*-1 jelű objektum,
• a legerősebb bizonyíték az elméletileg már korábban megjósolt úgynevezett feketelyuk-csillagok létezésére,
• amik olyan forró és sűrű gázgömbök, amelyek magjában egy-egy nagy tömegű fekete lyuk rejtőzik,
• és amelyek valószínűsíthetően mini-galaxisok középpontjában helyezkednek el, de erős fényük elnyomja az anyagalaxisuk fényét.