2017.12.12. - Felfedezték a legtávolabbi szupernagy tömegű fekete lyukat

Egy nemzetközi kutatócsoport felfedezte az eddig ismert legtávolabbi és legidősebb szupernagy tömegű fekete lyukat, amelynek környezete a most megfigyelt fényt 690 millió évvel az ősrobbanás után bocsátotta ki.

Egy nemzetközi kutatócsoport felfedezte az eddig ismert legtávolabbi és legidősebb szupernagy tömegű fekete lyukat. Ez a fekete lyuk egy kvazár energiaforrása, ami a most megfigyelt fényt 690 millió évvel az ősrobbanás után bocsátotta ki. A kvazár fénye ezután 13 milliárd évig utazott, míg hozzánk elért. A fekete lyuk tömege hatalmas, 800 milliószorosa a Napénak. "Ez az egyetlen égitest, amit abból a korszakból megfigyeltünk. Rendkívül nagy a tömege, tulajdonképpen a nagyon korai világegyetemben nem kéne ilyennek léteznie. Egyszerűen nem volt még elég idős a világegyetem ennek a létrejöttéhez. Zavarba ejtő" – magyarázza Robert Simcoe, az MIT Kavli intézetének Francis L. Friedman professzora. – "Ha egy nagy tömegű csillagból, mint magból kiindulva kiszámítjuk, mekkorára hízhat egy égitest a lehető leggyorsabb növekedést feltételezve, akkor sem kaphatunk 800 millió naptömeget ilyen rövid idő alatt. Ez irreális. Kell legyen tehát valamilyen más módja is a szupernagy tömegű fekete lyukak keletkezésének. Ám hogy pontosan mi lehet az, azt ma még senki sem tudja."

De nem ez a fekete lyuk egyetlen különlegessége. A csillagászok megállapították, hogy az égitest akkor alakult ki, amikor a világegyetem alapvető változáson ment keresztül. Az univerzum éppen átmeneti állapotban volt a kevésbé átlátszó semleges hidrogén által dominált sötétség korszakából a legelső csillagok fénye által átjárt ionizált hidrogén korszakába. Az egyre nagyobb számban felragyogó csillagok fénye ebben az időszakban ionizálta a korábban semleges hidrogén gázt, azaz elszakította egymástól a proton–elektron párokat. Ezt az időszakot nevezzük reionizációnak. Az asztrofizikusok mérései szerint ez a kvazár éppen abban a korszakban található, amikor a reionizációs folyamat a felénél tartott. "Eredményeink szerint a világegyetem nagyjából 50/50 állapotban volt – ekkor bújtak elő az első galaxisok a semleges hidrogén alkotta báb állapotukból, és fényükkel elkezdték átlátszóvá változtatni a világegyetemet" – szemlélteti Simcoe. – "Ez az eddigi legpontosabb mérés erről a folyamatról, és hitelesen jelzi, hogy mikor fénylettek fel a legelső csillagok."

Fantáziarajz a legtávolabbi ismert szupernagy tömegű fekete lyukról, illetve az általa működtetett kvazárról. A kvazár és társai körül láthatóak a korai univerzumban felfénylő galaxisok körül átlátszóvá váló reionizált hidrogén buborékai a kevésbé átlátszó semleges hidrogén kékkel ábrázolt felhőjében.
[Robin Dienel/Carnegie Institution for Science]

Ezt a kvazárt tehát a világegyetem fejlődésének egyik fordulópontján tudjuk megfigyelni, nem sokkal az ősrobbanás után. A világegyetem a keletkezésekor rettentő sűrű és forró volt, tele nagy energiájú részecskékkel. A gyors tágulás során azonban a gázok hűltek, és 380 ezer évvel az ősrobbanás után az addig egymástól független elektronok és protonok semleges hidrogénné álltak össze – ez volt a rekombináció ideje. Ezt követően még nagyon sokáig nem jöttek létre csillagok, semmilyen fényforrás nem volt a világegyetemben, így kezdetét vette a sötétség korszaka. A gravitációnak sok száz millió évébe telt, hogy csillagokká és galaxisokká gyűjtse az anyagot. A fénylő égitestek megjelenésekor aztán a fentebb már vázolt módon beindult a reionizáció.

Az új vöröseltolódás-, kor- és távolságrekorder objektumot Eduardo Bañados, a Carnegie intézet csillagásza fedezte fel a chilei 6,5 m-es Magellan-távcsövek infravörös spektrográfjával, kifejezetten távoli kvazárok után kutatva. Az objektum vöröseltolódása z = 7,5. Ez azt jelenti, hogy a világegyetem mérete 7,5-szeresére tágult a fény kibocsátása óta, miáltal a táguló téren át felénk tartó fénysugarak hullámhossza 7,5-szeresére növekedve nagyrészt az infravörös tartományba tolódott. Ez a kozmológiai vöröseltolódás jelensége. A vöröseltolódás mértékéből kiszámítható, hogy az égitest fénye a világegyetem 690 millió éves korából érkezett hozzánk. A színkép vizsgálatából a kvazár központi fekete lyukának a tömegét is meg tudták állapítani. "Valami miatt a kvazárban kavargó gázok hatalmas sebességgel mozognak. Az egyetlen dolog, amivel ezeket a mozgásokat meg tudjuk magyarázni, az egy a Napnál mintegy 800 milliószor nagyobb tömegű fekete lyuk körüli keringés" – világítja meg a részleteket Simcoe.

Az eredményeket részletező szakcikk a Nature magazinban jelent meg.

Forrás:

• csillagaszat.hu 2017.12.11.