Molekulák az univerzum hajnalán

4661

Még csak 700 millió év telt el az ősrobbanás után, de az egyik legtávolabbi ismert kvazárnak otthont adó galaxisban már biztosan voltak szén-monoxid molekulákból álló felhők.

A szóban forgó kvazár a J1007+2115, „becenevén” Pōniuā’ena, ami a hawaii őslakosok nyelvén nagyjából annyit tesz: a teremtés láthatatlan forgó forrása, ragyogással körülvéve. Színképvonalainak vöröseltolódása 7,515. Még 2020-ban fedezték fel, s az aktív galaxismag rendkívüli teljesítményű sugárzását kiváltó, a környezetéből anyagot befogó fekete lyuk tömegét másfél milliárd naptömegre becsülték.

Fantáziakép a jelenleg ismert egyik legtávolabbi kvazárról.
(Forrás: International Gemini Observatory / NOIRLab / NSF / AURA / P. Marenfeld)

Napjaink asztrofizikájának egyik nyitott kérdése, hogy az aktív galaxismagokat „hajtó”, a galaxisok közepén található szupernagy tömegű fekete lyukak milyen hatással vannak magára a galaxisra, illetve fordítva: a szülőgalaxis hogyan befolyásolja a kvazár működését. A Pōniuā’ena ráadásul hatalmas távolságban van tőlünk, így tanulmányozásával a galaxisok kialakulásának kezdeti korszakába, nagyjából 13 milliárd évvel ezelőttre pillanthatunk vissza. A kvazár puszta léte igazolja, hogy addigra valahogy sikerült összegyűlnie másfél milliárd naptömegnek egyetlen fekete lyukba. Ez az objektum minden bizonnyal egy extrém, óriási mennyiségű port és gázt felvonultató környezetben nőtt nagyra, kialakulásának modellezésével némi fejfájást okozva az elméleti szakembereknek. A fekete lyuk gyors hízásához korábban vagy egy óriási tömegű gázfelhő hirtelen gravitációs összeomlására, vagy kisebb kezdeti fekete lyukak összeolvadására és nagyon gyors anyagbefogásra volt szükség. Azonban minél távolabbi szupernagy tömegű fekete lyukakra találnak megfigyelési bizonyítékokat, annál kevésbé valószínű, hogy az utóbbi modellel meg lehet magyarázni a legkorábbi óriások kialakulását.

A különleges objektum nemrég újabb érdekességgel szolgált. Egy olasz vezetésű kutatócsoport a francia Alpokban működő NOEMA (Northern Extended Millimeter Array) rádióinterferométeres hálózat antennáit irányította felé, hogy a szén-monoxid molekulára jellemző színképvonalak után kutasson a kvazárnak otthont adó galaxisban. Az északi féltekén ez a legérzékenyebb és legjobb felbontást nyújtó rádiótávcső-rendszer a milliméteres hullámhosszak tartományában.

A tizenkét darab 15 m-es átmérőjű rádiótávcsőből álló NOEMA antennái a több mint 2500 m magas Plateu de Bure fennsíkon épültek. A hálózat kiterjedése az 1,7 km-t is elérheti. Az interferométeres technika lényege, hogy a különálló antennák összehangolt méréseket végeznek egy adott égi rádióforrásra, a gyakorlatban így egyetlen nagy teleszkópot állítva elő. (Forrás: Institut de Radioastronomie Millimetrique)

A csillagászoknak sikerült detektálniuk a szén-monoxid molekula két energiaátmenetéhez kapcsolódó mikrohullámú színképvonalakat. Ezzel egyrészt megerősítették az optikai spektrum alapján korábban meghatározott vöröseltolódást, igazolva a kvazár különösen nagy távolságát. Eddig még soha nem tudtak megfigyelni hideg, molekuláris formában levő gázt a világegyetem ennyire korai időszakából.

Tudjuk, hogy a molekulafelhők fontos szerepet játszanak a hatékony csillagkeletkezésben, márpedig ilyesmi biztosan folyt az ősi, fiatal galaxisokban. Ezért a kutatók remélték is, hogy megtalálják majd a molekulákra utaló nyomokat. A szén-monoxid ekkora tömegben és sűrűséggel azonban meglepetés volt. A felfedezés igazolta, hogy mire az univerzum 700 ezer éves lett, addigra már jelentős mennyiségben kialakulhattak a molekulákat alkotó atomok (ez esetben a szén és az oxigén, amely atomok magjai a legkorábbi csillaggenerációk belsejében, fúziós folyamatokban keletkeztek), valamint a csillagközi por. A friss mérések és számítások arra utalnak, hogy a Pōniuā’ena galaxisában több mint 20 milliárd naptömeget tehet ki a csillagközi molekuláris gázanyag. A csillagkeletkezéshez elsődleges alapanyagul szolgáló molekuláris hidrogént sajnos nehéz közvetlenül kimutatni, de a szén-monoxid mérései alapján szerencsére lehet következtetni a mennyiségére. Az igazán meglepő a felfedezésben az, hogy a sokkal későbbi kozmológiai korszakokban, vagyis csillagászati időskálán mérve akár napjainkban, például a Tejútrendszerben is megfigyelhető por- és gázarány egészen hasonló ahhoz, mint amelyet most egy 13 milliárd évvel ezelőtti galaxisban mértek.

A Pōniuā’ena kvazár képe a NOEMA interferométerrel, a szén-monoxid egyik vonalának hullámhosszán (fent), valamint a mikrohullámú spektrum egy részlete, az emissziós színképvonallal (lent). (Forrás: IRAM / NOEMA / C. Feruglio, INAF)

A Pōniuā’ena része egy olyan mintának, amelynek segítségével a legkorábbi fényes kvazárok „táplálkozási szokásait” igyekeznek felderíteni.

Forrás: IRAM közlemény

Kapcsolódó cikkek:

Hozzászólás

hozzászólás