A legtávolabbi szupernagy tömegű fekete lyukat találták meg a NASA távcsövei

5559

Az eddigi legtávolabbi, röntgentartományban is sugárzó fekete lyukat fedezték fel a NASA teleszkópjai segítségével. Ez az első eset, amikor egy fekete lyukat életének növekedési szakaszában figyelhetnek meg, tömege pedig hasonló az őt tartalmazó galaxisához. Az eredmény magyarázatot adhat arra, hogyan keletkeztek az univerzum első szupernagy tömegű fekete lyukai.

A NASA Chandra röntgenobszervatóriuma és a James Webb űrteleszkóp adatainak kombinálásával egy kutatócsoportnak sikerült megtalálnia egy mindössze 470 millió évvel az ősrobbanás után keletkezett, növekvő fekete lyuk árulkodó jelét.

A Chandra és James Webb űrteleszkóp által készített kompozitkép. A bal oldali kis kép a felfedezett nagy tömegű fekete lyukat, míg a jobb oldali a neki otthont adó galaxist mutatja.

„A Webre volt szükségünk, hogy megtaláljuk ezt a rendkívül távoli galaxist, a Chandra pedig a szupernagy tömegű fekete lyuk kimutatását tette lehetővé” – mondta Bogdán Ákos (CfA), a Nature Astronomy folyóiratban megjelent tanulmány vezető szerzője. „Kihasználtunk egy kozmikus nagyítót is, amely megnövelte az észlelt fény mennyiségét.” Ezt a nagyító hatást gravitációs lencsének nevezik.

Bogdán és csapata a Földtől 3,5 milliárd fényévnyire elhelyezkedő Abell 2744 galaxishalmaz irányában található UHZ1 nevű galaxisban fedezte fel a fekete lyukat. A Webb adatai azonban azt mutatják, hogy az UHZ1 sokkal távolabb van, mint a halmaz, kb. 13,2 milliárd fényévre a Földtől, így abban az állapotában észleljük, amikor az univerzum kora a jelenleginek csak 3%-a volt.

A Chandrával végzett több mint kéthetes megfigyelések intenzív, túlhevült, röntgensugárzást kibocsátó gáz jelenlétét mutatták ki ebben a galaxisban, ami pedig egy növekvő, szupernagy tömegű fekete lyuk jellemzője. A gravitációslencse-hatás következtében a galaxis fényét és a szupernagy tömegű fekete lyuk körüli gázból származó röntgensugarakat körülbelül négyszeresére növeli az Abell 2744, ami javítja a Webb által észlelt infravörös jelet, és lehetővé teszi a Chandra számára, hogy észlelje a halvány röntgenforrást.

A Chandra által röntgentartományban észlelt sugárzás.

Ez a felfedezés nagy jelentőséggel bír annak megértéséhez, hogy egyes szupernagy tömegű fekete lyukak miként érhettek el kolosszális tömegeket nem sokkal az ősrobbanás után. Vajon közvetlenül egy hatalmas gázfelhő összeomlásából keletkeznek, amelyből 10 000-100 000 naptömegű fekete lyukak jönnek létre, vagy az első csillagok robbanásából származnak, amelyek csak kb. 10-100 naptömegű fekete lyukakat hoznak létre?

„Vannak fizikai korlátai annak, hogy a fekete lyukak milyen gyorsan növekedhetnek, miután kialakultak, de a nagyobb tömegűek előnnyel rendelkeznek. Olyan ez, mint egy facsemetét ültetni, amelynek kevesebb időbe telik, hogy teljes méretű fává nőjön, mintha csak egy maggal kezdenénk” – mondta Andy Goulding, a Princeton University munkatársa, a tanulmány társszerzője, aki a The Astrophysical Journal Letters újabb tanulmány vezető szerzője, amelyben a galaxis távolságát és tömegét közölték a Webb spektrumának felhasználásával.

Bogdán csapata erős bizonyítékot talált arra, hogy az újonnan felfedezett fekete lyuk hatalmasnak született. A röntgensugarak fényessége és energiája alapján úgy becsülik, hogy tömege 10 és 100 millió naptömeg közé esik. Ez a tömegtartomány hasonló nagyságrendű a galaxisban található csillagok össztömegével, ami éles ellentétben áll a közeli univerzumban található galaxisok középpontjában lévő fekete lyukakkal, amelyek általában galaxisuk tömegének kb. 10 százalékát teszik ki.

A James Webb-űrteleszkóp felvétele a vizsgált területről. Az aprónak tűnő objektumok a tőlünk 3,5 milliárd fényévre található Abell 2744 galaxishalmaz tagjai, spirális és elliptikus galaxisok, valamint sziporkázó előtércsillagok.

A fiatal fekete lyuk nagy tömege, valamint az általa kibocsátott röntgensugárzás mennyisége és a galaxis Webb által észlelt fényessége mind egybevág a tanulmány egyik társszerzőjének, Priyamvada Natarajan (Yale Egyetem) 2017-es elméleti előrejelzésével egy túlméretezett fekete lyukról („Outsize Black Hole”), amely közvetlenül egy hatalmas gázfelhő összeomlásából keletkezett.

„Úgy gondoljuk, hogy ez az első észlelés egy ilyen túlméretezett fekete lyukról, és az eddigi legjobb bizonyíték arra, hogy néhány fekete lyuk hatalmas gázfelhőből képződik” – mondta Natarajan. „Első ízben látunk egy rövid szakaszt egy fekete lyuk életéből, amikor egy szupernagy tömegű fekete lyuk kb. akkora tömegű, mint a galaxisában lévő csillagok össztömege.”

A kutatók szerint ezeket az adatokat a Webb és más távcsövek észlelési adataival kombinálva átfogóbb képet lehet alkotni a korai univerzumról.

Forrás: Chandra

Hozzászólás

hozzászólás