Eddigi ismereteink szerint a galaxisok középpontjában helyet kapó szupernagy tömegű fekete lyukak tömege a galaxis csillagtömegének körülbelül az 0,01%-át adja. Ezzel ellentétben az újonnan felfedezett, távoli, tehát a fiatal Univerzumban kialakult galaxisok középpontjában lévő fekete lyukak tömege a becslések szerint a csillagok össztömegének a 10%-a. Ez az igen meglepő eredmény arra utal, hogy ezek a távoli galaxismagok ~1000-szer olyan nehezek, mint amilyennek az szupernagy tömegű fekete lyukakat gondolnánk.
Ezeknek a galaxisoknak a felfedezése, és vizsgálata érdekes kérdést vet fel: vajon hogyan alakultak ki ilyen gyorsan a korai Univerzumban ezek az óriási tömegű fekete lyukak?
A vizsgált minta egy részét kis vörös pont galaxisok alkotják
A James Webb-űrtávcső 2022-es felbocsátása óta vizsgálja a korai Univerzumot. Számos érdekes, és tudományos szempontból is kiemelkedően fontos felfedezése közé tartozik az említett, hatalmas tömegű fekete lyukak felfedezése az alig 1 milliárd éves Világegyetemben. Az ilyen nagy tömegű fekete lyukak létezése jelenlegi elméleteinkkel nehezen magyarázható, hiszen eddig úgy gondoltuk, hogy a nagyobb tömegű fekete lyukak kisebb tömegű fekete lyukak összeolvadása során jönnek létre, és így csak bizonyos idő, feltételezhetően több mint 1 milliárd év után érik el a szupernagy tömeg állapotát.
Az űrtávcső egy másik jelentős felfedezése a kis vörös pont galaxisok detektálása, amelyek közepén szintén szupernagy tömegű fekete lyukak kapnak helyet. Ezek olyan, rendkívül vörös színű galaxisok, amelyek már az Ősrobbanás után 1,5 milliárd évvel léteztek. A galaxisok különösen vörös színét a központi fekete lyuk körüli anyagbefogási (akkréciós) korong gáz-, illetve poranyagának sugárzása okozza, amely folyamatos áramlik a központi fekete lyuk felszínére a korongból. Az olyan fekete lyukakat, amelyek napjainkban is megfigyelhető anyagbefogást mutatnak, aktív galaxismagoknak (active galactic nuclei, AGN) nevezzük. A kis vörös pontok néven felfedezett galaxisok tehát az aktív galaxismagok populációját gazdagítják. Az új tanulmány elkészítése során a kutatók elsősorban egy bizonyos színképjellemzőt mutató aktív galaxisokat vizsgáltak, és kimutatták azt is, hogy az elemzett minta elemei között megjelennek a kis vörös pont galaxisok.
Amellett, hogy a kis vörös pontok igen nagy népszerűségnek örvendő, izgalmas objektumok, rengeteg a megválaszolatlan kérdés, illetve rejtély velük kapcsolatban. Ezek közé tartozik például az is, hogy a James Webb-űrtávcső felvételei alapján jóval több ilyen aktív galaxismag található a korai Univerzumban, mint az idősebb, tehát hozzánk közelebbi régiókban.
Egy kutatócsoport a nemrégiben igyekezett megválaszolni néhányat a korai Univerzum fekete lyukainak rejtélyei közül, és a James Webb-űrtávcső adatainak felhasználásával 3 dimenziós térképet készített az égbolt egy adott területéről. Ezen az égterületen a csoport tagjainak 7 kis vörös pontot sikerült detektálni, és azok helyzetét pontosan meghatározni. A mérések alapján ezek a galaxisok igen távoliak, így körülbelül 12,5 milliárd éve keletkeztek, és egy adott galaxishálózatban csoportosulnak.
A galaxisok árulkodó elhelyezkedése
Az, hogy egy adott galaxis milyen pozíciót foglal el a galaxisok alkotta kozmikus hálózatban, az objektum tömegétől függ: a nagyobb tömegű galaxisok a hálózat sűrűbb régióiban, például a csomópontjaiban fordulnak elő leginkább, míg a kisebb tömegűek a kevésbé sűrű részeken, a csomópontokat összekötő szálakban.
Az új kutatás szerint a vizsgált galaxisok az elhelyezkedésük alapján kis tömegű, fiatal galaxisoknak tűnnek. Kifejezetten meglepő, hogy az ilyen, kis tömegű galaxisok közepén aktivitást mutató, szupernagy tömegű fekete lyukak foglalnak helyet. Ez a rejtély feloldható azzal a feltevéssel élve, hogy a korai Univerzumban könnyebben és gyorsabban alakultak ki a szupernagy tömegű fekete lyukak. Ez pedig akkor történhet meg például, ha az adott fekete lyukak tömegbefogási rátája nagyobb, mint a későbbi Univerzumban megtalálható aktív galaxismagoké, tehát köznapi nyelven élve, gyorsabban táplálkoznak. Ez alapján a fiatal világegyetem galaxisaiban nagy volt a csillagközi gáz, illetve a csillagok sűrűsége, ami megkönnyítette a fekete lyukak növekedését, és emellett a fekete lyukak ütközése, illetve összeolvadása is gyakoribb jelenség lehetett, mint napjainkban. Ez tehát arra utal, hogy a csillagkeletkezés üteme, és a fekete lyukak növekedése között igen szoros a kapcsolat.
Mindezek a feltételezések azonban jelenleg pusztán elméleti szintűek, bizonyításuk a későbbi évekre vár. Először is fontos kizárni a mérési hibák valószínűségét, majd minél több kis vörös pontot megvizsgálni részletességében, és pontosan meghatározni pozíciójukat az égbolt 3 dimenziós térképén.
Az itt leírt eredményeket egy, az Arxiv preprint-szerverre feltöltött tanulmány foglalja össze.
A cikk forrása: https://www.space.com/james-webb-space-telescope-overlymassive-black-holes
Szerző: Könyves-Tóth Réka, Tudományos munkatárs
CSFK Konkoly-Thege Miklós Csillagászati Intézet