amelyben volt egy szupernagy tömegű fekete lyuk, de rajta kívül más nem nagyon.
A James Webb-űrtávcső a megfigyelhető Világegyetem határához közel lévő szupernagy tömegű fekete lyukról készített felvételeket, amelyeknek hála felfedhetjük, hogyan jöhettek létre ezek a monstrumok.
A szupernagy tömegű fekete lyukak – hatalmas eseményhorizonttal körülvett szingularitások, amelyekből semmi, még a fény sem juthat ki – meglepően gyakoriak a Világegyetemben. A közelünkben majdnem minden nagy galaxis magjában megbújik egy. Némelyikük a galaxis központja körül ólálkodik csendben (mint például a Tejútrendszerben), míg mások gázlakomákat tartva ragyogják végig az elektromágneses spektrumot.
Még nem tudjuk, honnan származnak. Egy új tanulmány, amit nemrég tettek közzé az arXiv preprint portálon, betekintést nyújt ezeknek a hatalmas fekete lyukaknak a legelső éveibe.
Hogyan mérjünk meg egy fekete lyukat?
A galaxist fotózó Webbnek a természet is a segítségére sietett: a QSO1 jelű távoli csillagvárost az előtérben lévő Abell 2744 halmaz gravitációsan lencsézte, vagyis a halmaz gravitációja háromfelé bontotta és felnagyította a galaxis képét. Ignas Juodžbalis (University of Cambridge, UK) PhD-hallgató és munkatársai a természet nyújtotta optikai varázserőt és a Webb hatékonyságát felhasználva nagyítottak rá a galaxis központjára, hogy megvizsgálják a fekete lyuktól néhány fényévnyire örvénylő gáz mozgását.
Annak tudatában, hogy a forrás milyen messze van, hihetetlen, hogy a csapatnak sikerült ennyire aprólékosan feltérképeznie a gáz mozgását – az általa kibocsátott fény 13 milliárd éve indult el a Föld felé. Ezeknek a gázmozgásoknak a vizsgálata kulcsfontosságú a fekete lyuk tömegének megismeréséhez.
A kutatók a Webb-űrtávcső Integral Field Spectrograph műszerével vizsgálták a távoli galaxist, aminek köszönhetően a felvétel minden pixeléről egyedi spektrumot rögzíthettek. A spektrumok (pontosabban a hidrogén-alfa emissziós vonal eltolódásai) segítségével feltérképezhették a gáz mozgását a galaxis különböző pontjain.
A Webbnek azonban a természetes nagyítás ellenére is nehézséget okoz a galaxis belső térségeinek felmérése. A kutatócsoport ezért egy újabb technikához, a spektroasztrometriához fordult segítségért. Ahelyett, hogy magából a képből indultak volna ki, ennél a módszernél a spektrumokkal kezdték a vizsgálatot, így pontosabban tudták felmérni a gázmozgásokat.
Ennek eredményeképpen olyan pontos tömegmeghatározást végezhettek, amire nem volt még példa hasonlóan távoli fekete lyukak esetében. A behemót tömege nagyjából 50 milliószorosa a Napénak. Tízszer akkora, mint a Tejútrendszer szupernagy tömegű fekete lyuka, de ez mai mércével mérve azért nem számít rekordnak. Ennek ellenére nehéz megmagyarázni, hogyan halmozódhatott fel ekkora tömeg mindössze 800 millió év alatt – főként úgy, hogy az általunk látott örvénylő gáz ellenére a fekete lyuk csak csipegetve táplálkozik.
Ami pedig még ennél is furcsább, hogy a fekete lyuk tömege kiteszi szinte a galaxis teljes tömegét, másnak alig hagyva helyet. A galaxisban olyan kevés csillag van, hogy a csapat „a valaha talált legcsupaszabb fekete lyuknak” nevezte az égitestet.
Feketelyuk-magok
Két módon jöhet létre egy ilyen égitest, és mindkettőhöz hatalmas „mag” szükséges. Ezek közül sajnos egyik sem passzol a most vizsgált fekete lyukhoz.
Az első forgatókönyv szerint egy ősi gázfelhő egyenesen egy fekete lyukká omlott össze, kihagyva a köztes csillagképződési szakaszt. A második szerint a fekete lyuk ősi, vagyis közvetlenül az ősrobbanás után született az egymást megsemmisítő elektronok és pozitronok felhői között.
Mindkét forgatókönyvnek megvannak a hibái. A galaxis tömege a fekete lyukhoz képes olyan kicsi, hogy a közvetlen összeomlás forgatókönyve nem tűnik valószínűnek. Az ősi fekete lyukról szóló elmélet pedig nem eredményez elég nagy tömegű égitestet: ahhoz, hogy a jelenlegi méretet elérje, gyorsan kellett volna táplálkoznia, vagy össze kellett volna olvadnia több más ősi társával.
„A cikk szerzőinek igazuk van, amikor azt sugallják, hogy ez bizonyíték lehet a közvetlen összeomlásos fekete lyuk forgatókönyvére, vagy akár arra az elképzelésre, hogy az ősrobbanás után keletkezett ősi fekete lyuk maradványáról lehet szó.” – mondja Kevin Hainline (University of Arizona), aki nem vett részt a kutatásban. „Szerintem a probléma az, hogy nehéz döntő bizonyítékot találni bármelyik forgatókönyv mellett.” Ez az eredmény pontosan azt a fajta táptalajt biztosítja, amiből az elméleti kutatók táplálkoznak, tette hozzá.
Ez a fekete lyuk-rendszer ugyanakkor csak egyike azoknak a „kis piros pöttyökként” emlegetett galaxisoknak, amelyek a Webb felételein vörös színük és kompakt méretük miatt tűntek fel a kutatóknak. Hogy ez az új galaxistípus pontosan mit fed, az még kérdés, de egyre világosabb, hogy jelentős részükben egy növekvő, szupernagy tömegű fekete lyuk rejtőzik. A QSO1 esetében elvégzett tömegmeghatározáshoz hasonló vizsgálatot több száz másik piros pont esetében kell még elvégezni.
Ahogy a Webb egyre több galaxist fedez fel, a csillagászok tudása bővül a Világegyetem korai éveinek feketelyuk-magjaival kapcsolatban.
Az eredményeket ismertető szakcikk: https://arxiv.org/abs/2508.21748
Szerző: Ujhelyi Borbála, Kutatási asszisztens
CSFK Konkoly-Thege Miklós Csillagászati Intézet