Πώς μετράται η μάζα μιας αδρανούς μαύρης τρύπας στο πρώιμο σύμπαν; Αυτό είναι το ερώτημα που ήθελαν να απαντήσουν οι αστρονόμοι του University College London (UCL) και του Carnegie Science για ένα μακρινό αντικείμενο που υπάρχει αλλά παραμένει αόρατο.
Για να βρουν την απάντηση, στράφηκαν σε μελέτες του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb (JWST) σχετικά με τα αστέρια στην περιοχή γύρω από την υπερμεγέθη μαύρη τρύπα.
Το αντικείμενο, με την ονομασία MRG-M0138, βρίσκεται σε απόσταση μεγαλύτερη από 10 δισεκατομμύρια έτη φωτός. Αυτό σημαίνει ότι εμφανίζεται όπως ήταν όταν το σύμπαν είχε ηλικία περίπου 3 δισεκατομμυρίων ετών, αποτελώντας την πιο μακρινή αδρανή μαύρη τρύπα που έχει ανακαλυφθεί ποτέ.
Το συγκεκριμένο αντικείμενο είναι ένα μεγαθήριο, καθώς έχει μάζα περίπου 6 δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από τη μάζα του Ήλιου. Οι αστρονόμοι επιθυμούν να μάθουν περισσότερα για τέτοιες μαύρες τρύπες, καθώς περιέχουν στοιχεία για τις συνθήκες που επικρατούσαν όταν το σύμπαν έβγαινε από τη βρεφική του ηλικία.
Χρήση της βαρύτητας για τη μέτρηση των κινήσεων
Μια αδρανής μαύρη τρύπα δεν εκπέμπει καθόλου ακτινοβολία επειδή δεν απορροφά υλικό, ούτε εκπέμπει πίδακες υψηλής ενέργειας. Ωστόσο, εξακολουθεί να ασκεί βαρυτική επίδραση στα υλικά της γειτονιάς της, συμπεριλαμβανομένων των αστεριών. Η ομάδα χρησιμοποίησε τις κινήσεις των αστεριών, όπως την ταχύτητά τους και τις διαφορές κίνησης μεταξύ των αστεριών που βρίσκονται κοντά και μακριά από τη μαύρη τρύπα, για να μετρήσει τη μάζα της. Στη συνέχεια, συνδύασε αυτές τις πληροφορίες με το φαινόμενο του βαρυτικού φακού.
Ο βαρυτικός φακός εμφανίζεται όταν το φως από ένα μακρινό αντικείμενο περνά κοντά από ένα ενδιάμεσο σμήνος γαλαξιών. Η βαρυτική έλξη του σμήνους κάμπτει την πορεία του φωτός, δημιουργώντας παραμορφωμένα είδωλα του πιο μακρινού αντικειμένου.
Στην περίπτωση του MRG-M0138, η βαρυτική επίδραση ενός άλλου γαλαξία, που βρίσκεται ακριβώς ανάμεσα σε αυτό και τη Γη, κάμπτει το φως γύρω του, εστιάζοντας εκ νέου την εικόνα του φόντου και μεγεθύνοντάς την κατά 30 φορές.
Συνδυάζοντας τα δεδομένα του JWST με τον βαρυτικό φακό, οι επιστήμονες μπόρεσαν να κοιτάξουν μέσα στη σφαίρα επιρροής της μαύρης τρύπας, εκεί όπου η βαρύτητά της αυξάνει τις ταχύτητες των αστεριών.
Η αστρική δυναμική ως κλειδί της επιτυχίας
Η ιδέα της μέτρησης των κινήσεων των αστεριών για τον προσδιορισμό της μάζας ενός αντικειμένου δεν είναι καινούργια. Τέτοιες μετρήσεις αστρικής δυναμικής χρησιμοποιήθηκαν για τον υπολογισμό της μάζας της μαύρης τρύπας στην καρδιά του Γαλαξία μας, του Τοξότη Α*. Ωστόσο, όσο αυξάνεται η απόσταση, αυξάνεται και η δυσκολία αυτών των μετρήσεων. Ο συνδυασμός αστρικών κινήσεων και βαρυτικού φακού σηματοδοτεί την πρώτη φορά που οι αστρονόμοι κατάφεραν να μετρήσουν τη μάζα μιας αδρανούς μαύρης τρύπας σε τόσο μεγάλη απόσταση.
Αυτή η μέθοδος προσφέρει επίσης μεγαλύτερη κατανόηση για τις συνθήκες στο πρώιμο σύμπαν, επιτρέποντας μια πιο πλήρη απογραφή του τρόπου με τον οποίο αναπτύσσονται οι μαύρες τρύπες με την πάροδο του χρόνου και του ρόλου τους στη διαμόρφωση της εξέλιξης των γαλαξιών. Σήμερα, βλέπουμε πολλούς γαλαξίες με υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες στην καρδιά τους, πολλές από τις οποίες είναι αρκετά ενεργές.
Όταν όμως κοιτάζουμε τον MRG-M0138, φαίνεται ότι όχι μόνο η κεντρική μαύρη τρύπα είναι αδρανής, αλλά και ο ίδιος ο γαλαξίας είναι ανενεργός, καθώς δεν σχηματίζει πλέον νέα αστέρια.
Στο παρελθόν, ο γαλαξίας μπορεί να ήταν πολύ πιο ενεργός και να φιλοξενούσε ένα κβάζαρ. Είναι πιθανό ότι όταν η μαύρη τρύπα σχηματίστηκε και αναπτύχθηκε γρήγορα, απελευθέρωσε τεράστια ποσά ενέργειας καθώς κατανάλωνε υλικό. Αυτή η απελευθέρωση ενέργειας θα μπορούσε να επηρεάσει το εναπομείναν αέριο στον γαλαξία, καίγοντάς το ή εκτινάσσοντάς το στο μεσογαλαξιακό διάστημα, εξαλείφοντας έτσι κάθε πιθανότητα δημιουργίας νέων αστεριών.
Είναι οι αδρανείς μαύρες τρύπες παντού;
Είναι προφανώς δύσκολο να γνωρίζουμε πόσες αδρανείς υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες υπάρχουν στο σύμπαν λόγω της σιωπηλής φύσης τους. Η έλλειψη εκπομπών, σε συνδυασμό με την απόσταση, συνωμοτούν για να τις κρατήσουν κρυμμένες από τα μάτια μας. Αυτό καθιστά την τεχνική της αστρικής δυναμικής ιδιαίτερα χρήσιμη, ειδικά όταν συνδυάζεται με τον βαρυτικό φακό.
Μελλοντικές παρατηρήσεις με το JWST και άλλα διαστημικά παρατηρητήρια αναμένεται να αποκαλύψουν περισσότερες από αυτές τις γιγάντιες κοιμώμενες μάζες ύλης, ιδιαίτερα στο πρώιμο σύμπαν.
Θα προσφέρουν νέα εικόνα για τους ρόλους που παίζουν οι ενεργές μαύρες τρύπες, από την καταστολή του σχηματισμού αστεριών έως τα βαρυτικά φαινόμενα στις γειτονικές περιοχές. Τέτοιες παρατηρήσεις μπορεί επίσης να μας δείξουν τι συμβαίνει όταν μια αδρανής μαύρη τρύπα ξυπνήσει πεινασμένη και αρχίσει να καταβροχθίζει αστέρια και αέρια.
