Μία διεθνής ομάδα αστρονόμων ανακάλυψε το πιο μακρινό και άρα πιο πρώιμο κβάζαρ (λαμπρό ενεργό γαλαξιακό πυρήνα) στο σύμπαν, σε απόσταση 13,03 δισεκατομμυρίων ετών φωτός από τη Γη, μόνο 670 εκατομμύρια χρόνια μετά τη «Μεγάλη Έκρηξη» (Μπιγκ Μπανγκ), όταν το σύμπαν είχε μόλις το 5% της σημερινής ηλικίας του.
Μια καλλιτεχνική απεικόνιση του quasar J0313-1806
Το κβάζαρ, που βρίσκεται στον γαλαξία J0313-1803 και είναι τουλάχιστον 1.000 φορές πιο λαμπρό από όλον τον δικό μας γαλαξία, φιλοξενεί και τροφοδοτείται ενεργειακά από μία τεράστια μαύρη τρύπα, ισοδύναμη με τη μάζα άνω των 1,6 δισεκατομμυρίων ήλιων, η οποία είναι η πιο πρώιμη αυτού του μεγέθους που έχει βρεθεί μέχρι σήμερα. Το απρόσμενα μεγάλο μέγεθός της για τόσο πρώιμη μαύρη τρύπα εξέπληξε τους επιστήμονες, οι οποίοι δυσκολεύονται να εξηγήσουν την ύπαρξή της σε μία τόσο νεαρή φάση του σύμπαντος, καθώς θεωρητικά δεν υπήρχε αρκετός χρόνος για να γίνει τόσο μεγάλη, π.χ. μέσω συγχώνευσης μικρότερων μελανών οπών.
Οι ερευνητές, με επικεφαλής τον κινεζικής καταγωγής Φάιγκε Γουάνγκ του Αστεροσκοπείου Στιούαρντ του Πανεπιστημίου της Αριζόνα, έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό Αστροφυσικής «Astrophysical Journal Letters», καθώς και σχετική παρουσίαση σε συνέδριο της Αμερικανικής Αστρονομικής Εταιρείας. Ο προηγούμενος κάτοχος του ρεκόρ μακρινότερου κβάζαρ είχε ανακαλυφθεί πριν τρία χρόνια και ήταν 20 εκατομμύρια έτη φωτός πιο κοντά στη Γη και είχε μόνο τη μισή μάζα.
Η υπερμεγέθης μαύρη τρύπα στο κέντρο του νέου κβάζαρ υπολογίστηκε ότι «καταπίνει» κάθε χρόνο μία μάζα ισοδύναμη με 25 ήλιους. Αντίθετα, η μαύρη τρύπα στο κέντρο του δικού μας γαλαξία βρίσκεται σχεδόν σε ύπνωση. Η ενέργεια που απελευθερώνεται από το κβάζαρ τροφοδοτεί ένα ισχυρό ρεύμα ιονισμένου αερίου που εκτινάσσεται με ταχύτητα περίπου του ενός πέμπτου της ταχύτητας του φωτός.
Τα κβάζαρ πιστεύεται ότι προκύπτουν από τεράστιες μαύρες τρύπες που καταβροχθίζουν την πέριξ ύλη, όπως αέρα ή και ολόκληρα άστρα, δημιουργώντας έτσι έναν περιστρεφόμενο δίσκο καυτών υλικών γύρω από τη μαύρη τρύπα. Λόγω της τεράστιας παραγόμενης ενέργειας, τα κβάζαρ, που παρομοιάζονται με πυρσούς κοσμικών διαστάσεων, είναι ανάμεσα στις πιο φωτεινές πηγές στο σύμπαν, συχνά ξεπερνώντας σε λάμψη και τους ίδιους τους γαλαξίες τους. Όταν οι μαύρες τρύπες των κβάζαρ δεν έχουν τίποτε άλλο πια να «φάνε» στον γαλαξία τους, σταματούν να μεγαλώνουν.
Οι αστρονόμοι σχεδιάζουν να συνεχίσουν τη μελέτη του συγκεκριμένου κβάζαρ με επίγεια και διαστημικά τηλεσκόπια. Το νέο μεγάλο διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb της NASA, το οποίο προγραμματίζεται για εκτόξευση φέτος, αναμένεται, μεταξύ άλλων, να ρίξει περισσότερο φως γενικότερα στα μυστικά των κβάζαρ.
Παύλος Δρακόπουλος – https://www.amna.gr/home/article/519876/Anakalufthike-to-pio-makrino-kbazar-sto-sumpan–me-mia-terastia-mauri-trupa-sto-kentro-tou
διαβάστε επίσης: «Most distant quasar discovered sheds light on how black holes grow»
(νεώτερη ενημέρωση 3/2/2021)
J0313-1806: το πιο μακρινό κβάζαρ
του Αλέξη Δεληβοριά, Διδάκτορα Φυσικής – www.eef.edu.gr
Διεθνής ομάδα αστρονόμων ανακοίνωσε την ανακάλυψη του πλέον αρχέγονου και μακρινού κβάζαρ που έχει βρεθεί μέχρι σήμερα, η ακτινοβολία του οποίου απελευθερώθηκε μόλις 670 εκατ. χρόνια μετά την Μεγάλη Έκρηξη. Με φωτεινότητα 1.000 φορές μεγαλύτερη από αυτήν του Γαλαξία μας, το κβάζαρ J0313-1806 ενεργοποιείται από μία γιγάντια μαύρη τρύπα με μάζα όση και 1,6 δισ. άστρα σαν τον Ήλιο. Η σχετική έρευνα δημοσιεύθηκε στις 14 Ιανουαρίου 2021 στο επιστημονικό περιοδικό The Astrophysical Journal Letters.
Εδώ και αρκετά χρόνια γνωρίζουμε ότι οι περισσότεροι γαλαξίες φιλοξενούν στους πυρήνες τους τεράστιες μαύρες τρύπες με μάζα από εκατομμύρια μέχρι και δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη απ’ αυτήν του Ήλιου. Τα κβάζαρ, από την άλλη, είναι υπερφωτεινά «αντικείμενα» στα πέρατα του Σύμπαντος, τα οποία εκλύουν τεράστια ποσά ενέργειας, από περιοχές που συνήθως δεν υπερβαίνουν σε μέγεθος την διάμετρο του Ηλιακού μας συστήματος. Εκλύοντας ακτινοβολία σε ολόκληρο το εύρος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος, η εκτυφλωτική τους φωτεινότητα υπερβαίνει κατά πολύ την φωτεινότητα ενός «κοινού» γαλαξία, καθώς ο πυρήνας τους εκπέμπει τεράστιες ποσότητες ενέργειας, ασύγκριτα μεγαλύτερης από αυτήν που θα μπορούσε να δικαιολογήσει ο αριθμός των άστρων που περιέχει.
Περαιτέρω μελέτες στα χρόνια που ακολούθησαν την ανακάλυψή τους, οδήγησαν στο συμπέρασμα ότι τα κβάζαρ βρίσκονται στους πυρήνες των πιο ενεργητικών γαλαξιών και οι «μηχανές» που τα ενεργοποιούν είναι κολοσσιαίες μαύρες τρύπες. Καθώς, δηλαδή, η μαύρη τρύπα έλκει με το βαρυτικό της πεδίο τα αέρια και την σκόνη που την περιβάλλει, σχηματίζει γύρω της έναν αχανή περιστρεφόμενο δίσκο αερίων και σκόνης, γνωστό ως δίσκο προσαύξησης. Τα υλικά του δίσκου στροβιλίζονται με όλο και μεγαλύτερη ταχύτητα, όλο και πλησιέστερα προς τον ορίζοντα γεγονότων της και, καθώς υπερθερμαίνονται σε εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου, εκλύουν ακτινοβολία. Κάποιες φορές, μάλιστα, και για λόγους που δεν είναι ακόμη απολύτως κατανοητοί, ενεργητικοί πίδακες φορτισμένων σωματιδίων εκτινάσσονται από τους πόλους της μαύρης τρύπας, με ταχύτητες που πλησιάζουν την ταχύτητα του φωτός.
Όπως υπολογίστηκε, το κβάζαρ J0313-1806 έχει μάζα 1,6 δισ. φορές μεγαλύτερη από αυτήν του Ήλιου, ή 385 φορές μεγαλύτερη από την γιγάντια μαύρη τρύπα του Γαλαξία μας. Τα τελευταία χρόνια, μάλιστα, έχουν ανακαλυφθεί αρκετές ακόμη κολοσσιαίες μαύρες τρύπες, οι οποίες είχαν ήδη αποκτήσει την τεράστια μάζα που τους αντιστοιχεί μόλις 700-800 εκατ. χρόνια μετά την Μεγάλη Έκρηξη. Παρόλο που το κβάζαρ J0313-1806 είναι «γηραιότερο» κατά μόλις 20 εκατ. χρόνια από το αμέσως προηγούμενο σε ηλικία κβάζαρ που έχει ανακαλυφθεί μέχρι σήμερα, η γιγάντια μαύρη τρύπα στον πυρήνα του έχει διπλάσια μάζα. Το πώς αυτός ο γαλαξιακός Λεβιάθαν «πρόλαβε» να σχηματιστεί τόσο γρήγορα και τόσο νωρίς στην εξέλιξη του Σύμπαντος αποτελεί πρόκληση για τις γνώσεις μας που αφορούν στον σχηματισμό και την εξέλιξη των γαλαξιών και των γιγάντιων μαύρων τρυπών που «φιλοξενούν» στους πυρήνες τους.
Κάθε μαύρη τρύπα αυξάνει τη μάζα της, «καταπίνοντας» τα αέρια και την σκόνη που την περιβάλλουν, τα οποία έλκονται από το βαρυτικό της πεδίο, σχηματίζοντας γύρω της έναν περιστρεφόμενο δίσκο υλικών. Όπως είπαμε, τα υλικά αυτά, καθώς στροβιλίζονται όλο και πλησιέστερα προς τον ορίζοντα γεγονότων της, υπερθερμαίνονται, εκλύοντας ακτινοβολία. Η «πίεση», όμως, της ακτινοβολίας αυτής έχει την τάση να «απομακρύνει» τη σκόνη και τα υπόλοιπα αέρια που συνεχίζουν να έλκονται από τη μαύρη τρύπα, περιορίζοντας έτσι την ταχύτητα με την οποία αυξάνει τη μάζα της. Με άλλα λόγια, ο ίδιος φυσικός μηχανισμός στον οποίο οφείλεται η διόγκωση της μαύρης τρύπας, εμπεριέχει και ένα φυσικό «φρένο» που, όταν τεθεί σε λειτουργία, παρεμποδίζει την περαιτέρω αύξηση της μάζας της.
Ορισμένοι αστροφυσικοί, στην προσπάθειά τους να απαντήσουν στο ερώτημα της προέλευσης των γαλαξιακών μαύρων τρυπών, υποστηρίζουν ότι η πρωταρχική τους «σπορά» προήλθε από τη βαρυτική κατάρρευση της πρωταρχικής γενιάς των άστρων του Σύμπαντος. Τα άστρα αυτά, άστρα του Πληθυσμού III όπως είναι γνωστά, αποτελούνται αποκλειστικά από υδρογόνο και ήλιο, τα οποία συντήχθηκαν στην εποχή της αρχέγονης πυρηνοσύνθεσης, λίγα μόνο λεπτά μετά την Μεγάλη Έκρηξη, καθώς και από ίχνη λιθίου και βηρυλλίου, ενώ είναι ακόμη «υποθετικά», με την έννοια ότι δεν έχει επιβεβαιωθεί η ύπαρξή τους με την παρατήρηση. Παρόλ’ αυτά, οι αστρονόμοι θεωρούν ότι τα άστρα του Πληθυσμού III είχαν πολύ μεγαλύτερη μάζα από τα άστρα των επόμενων «γενεών», γι’ αυτό και κατέρρευσαν σε μαύρες τρύπες με μάζα πολύ μεγαλύτερη από την μάζα που έχουν οι «τυπικές» αστρικές μαύρες τρύπες. Σύμφωνα μ’ αυτό το σενάριο, λοιπόν, οι γαλαξιακές μαύρες τρύπες είχαν ως πρώτη «σπορά» μαύρες τρύπες μεσαίου μεγέθους, οι οποίες προήλθαν από την κατάρρευση άστρων του Πληθυσμού III. Στην συνέχεια, εάν σχηματίζονταν κοντά στον πυρήνα ενός πυκνού αστρικού σμήνους, θα μπορούσαν να διογκωθούν ταχύτατα, «καταπίνοντας» άλλες μικρότερες μαύρες τρύπες και γειτονικά τους άστρα.
Σύμφωνα με τους ερευνητές της σχετικής μελέτης, ωστόσο, η μαύρη τρύπα του κβάζαρ J0313-1806 έχει τόσο μεγάλη μάζα και σχηματίστηκε τόσο νωρίς στην διάρκεια της κοσμολογικής εξέλιξης, που το πιο πάνω «σενάριο» αδυνατεί να εξηγήσει τον σχηματισμό της. Όπως χαρακτηριστικά αναφέρουν, ακόμη και στην περίπτωση που η αρχική μαύρη τρύπα γεννήθηκε μόλις 100 εκατ. χρόνια μετά την Μεγάλη Έκρηξη και διεύρυνε την μάζα της με τον ταχύτερο δυνατό ρυθμό, θα έπρεπε να είχε γεννηθεί με αρχική μάζα της τάξης των 10.000-100.000 ηλιακών μαζών, προκειμένου να «προλάβει» να διογκωθεί στην μάζα που παρατηρούμε και σε τόσο σύντομο αστρονομικά χρονικό διάστημα. Γι’ αυτό και οι συγγραφείς της σχετικής έρευνας προκρίνουν το σενάριο της άμεσης κατάρρευσης, δηλαδή την απευθείας κατάρρευση ενός αρχέγονου νέφους υδρογόνου σε μαύρη τρύπα, μέσω της οποίας είναι δυνατό να σχηματιστούν μαύρες τρύπες με μάζα 10.000-100.000 φορές μεγαλύτερη από αυτήν του Ήλιου.
Ένα άλλο ενδιαφέρον στοιχείο είναι ότι το κβάζαρ J0313-1806 εκτινάσσει υπέρθερμα αέρια, τα οποία κινούνται με ταχύτητα που αγγίζει το ένα πέμπτο της ταχύτητας του φωτός, δηλαδή με 60.000 km/s. Πιθανότατα, μάλιστα, εξαιτίας αυτού του «ανέμου», που απομακρύνει από τον «μητρικό» γαλαξία την απαραίτητη πρώτη ύλη για τον σχηματισμό νέων άστρων, ο ρυθμός αστρογένεσης στο εσωτερικό του θα επιβραδυνθεί σημαντικά. Προς το παρόν, ωστόσο, ο γαλαξίας αυτός διανύει μία έντονη περίοδο αστρογένεσης, η οποία υπολογίζεται στα 200 νέα άστρα τον χρόνο. Συγκριτικά, ο ρυθμός αστρογένεσης στον Γαλαξία μας δεν υπερβαίνει σήμερα το ένα νέο άστρο τον χρόνο, παρόλο που είναι 10 φορές μεγαλύτερος.
Τα στοιχεία αυτά, δηλαδή ο ενεργός γαλαξιακός πυρήνας με την υπερμεγέθη μαύρη τρύπα, η εκροή καυτών αερίων και ο έντονος ρυθμός αστρογένεσης καθιστούν το κβάζαρ J0313-1806 και τον μητρικό του γαλαξία ένα εξαιρετικά ενδιαφέρον φυσικό εργαστήριο για την κατανόηση του σχηματισμού και της εξέλιξης των γαλαξιών και των γιγάντιων μαύρων τρυπών που «φιλοξενούν» στους πυρήνες τους.
Πηγές:
Most Distant Quasar Discovered Sheds Light on How Black Holes Grow | University of Arizona News
The Earliest Supermassive Black Hole and Quasar in the Universe | NOIRLab
The Earliest Supermassive Black Hole and Quasar in the Universe – W. M. Keck Observatory
Κατηγορίες:ΑΣΤΡΟΝΟΜΙΑ, ΑΣΤΡΟΦΥΣΙΚΗ, ΜΑΥΡΕΣ ΤΡΥΠΕΣ
physicsgg 
Σχολιάστε