Kiek yra būdų palikti šią visatą?

Bene garsiausias režisierius reiškia žvaigždės mirtį. 1939 metais fizikas Dž. Robertas Oppenheimeris ir jo studentas Harlanas Snyderis iš Kalifornijos universiteto Berklyje atrado, kad kai pakankamai masyvi žvaigždė baigiasi termobranduoliniu kuru, ji griūva į vidų ir toliau griūva amžinai, mažindama erdvę, laiką ir erdvę. Šviesa pavirsta į tai, kas šiandien vadinama juodąja skyle.

Bet pasirodo, kad juodajai skylei susidaryti gali ir neprireikti mirusios žvaigždės. Vietoj to, bent jau ankstyvojoje visatoje milžiniški pirmapradžių dujų debesys galėjo subyrėti tiesiai į juodąsias skyles, aplenkdami milijonus metų trukusią žvaigždę.

Tokią preliminarią išvadą neseniai padarė grupė astronomų, tyrinėjančių UHZ-1 – šviesos dėmę, kilusią neilgai trukus po Didžiojo sprogimo. Tiesą sakant, UHZ-1 yra (arba buvo) galingas kvazaras, šaudęs ugnį ir rentgeno spindulius iš supermasyvios juodosios skylės prieš 13,2 milijardo metų, kai visatai nebuvo net 500 milijonų metų.

Kosmologine prasme tai yra neįprastai arti, nes supermasyvi juodoji skylė gali atsirasti dėl žvaigždžių griūties ir susiliejimo. Priyamvada Natarajan, Jeilio universiteto astronomas ir pagrindinis autorius Straipsnis, paskelbtas žurnale Astrophysical LettersJi ir jos kolegos patvirtina, kad UHZ-1 atrado naują dangaus tipą, kurį vadina supermasyvia juodosios skylės galaktika arba OBG. Iš esmės OBG yra jauna galaktika, pritvirtinta prie juodosios skylės, kuri labai greitai tapo labai didelė. .

Šio ankstyvojo kvazaro atradimas gali padėti astronomams išspręsti susijusią paslaptį, kuri juos glumino dešimtmečius. Atrodo, kad beveik kiekvienos matomos šiuolaikinės visatos galaktikos centre yra supermasyvi juodoji skylė, milijonus milijardų kartų didesnė už Saulės masę. Iš kur tie monstrai atsirado? Ar gali paprastos juodosios skylės taip greitai augti?

Daktarė Natarajan ir jos kolegos teigia, kad UHZ-1 ir galbūt daugelis supermasyvių juodųjų skylių atsirado kaip pirmieji debesys. Šie debesys galėjo subyrėti į grūdus, kurie buvo per anksti sunkūs, kad pradėtų masyvių juodųjų skylių galaktikų augimą. Tai dar vienas priminimas, kad visatą, kurią matome, valdo nematoma tamsos geometrija.

„Kaip pirmasis OBG kandidatas, UHZ-1 pateikia įtikinamų įrodymų, kad ankstyvojoje Visatoje iš tiesioginio žlugimo susiformavo sunkios proto sėklos“, – rašė dr. Natarajan ir jos kolegos. „Atrodo, kad gamta sukuria BH sėklas įvairiais būdais, – pridūrė ji el. laiške, – ne tik miršta žvaigždės!

„Bria rado labai įdomią juodąją skylę, jei tai tiesa“, – sakė juodąsias skyles tyrinėjantis Čikagos universiteto teoretikas Danielis Holzas.

Jis pridūrė: „Jis tiesiog per didelis ir per anksti. Tai tarsi žiūrėjimas į darželio klasę, o tarp visų 5 metų vaikų yra vienas 150 svarų ir (arba) šešių pėdų ūgio.

Pasak istorijos, astronomai nuolat pasakoja apie visatos evoliuciją, pirmosios žvaigždės, kondensuotos iš vandenilio ir helio debesų, likusių po Didžiojo sprogimo. Jie degė karštai ir greitai, greitai sprogdami ir subyrėdami, sudarydami juodąsias skyles, 10–100 kartų didesnes už Saulės masę.

Per eonus iš ankstesnių žvaigždžių pelenų susiformavo nuoseklios žvaigždžių kartos, praturtindamos visatos chemiją. Juodosios skylės, likusios po jų mirties, toliau tam tikru būdu susiliejo ir augo, galaktikų centruose sudarant supermasyvias juodąsias skyles.

James Webb kosminis teleskopas, paleistas prieš dvejus metus per šias Kalėdas, buvo skirtas šiai idėjai išbandyti. Jis turi didžiausią veidrodį erdvėje, kurio skersmuo yra 21 pėda. Svarbiausia, kad jis buvo skirtas fiksuoti infraraudonųjų spindulių bangų ilgius, kuriuos skleidžia tolimiausių ir todėl seniausių visatos žvaigždžių šviesa.

Tačiau kai naujasis teleskopas buvo nukreiptas į dangų, jis galėjo pamatyti naujas galaktikas, tokias masyvias ir ryškias, kad jos nepaisė kosmologų lūkesčių. Per pastaruosius dvejus metus kilo ginčai, ar šie stebėjimai iš tikrųjų kelia grėsmę ilgalaikiam visatos modeliui. Modelis apibūdina visatą kaip susidedančią iš matomos materijos pėdsakų, stulbinamo kiekio „tamsiosios materijos“, kuri suteikia galaktikoms surišti gravitaciją, ir „tamsiosios energijos“, kuri šias galaktikas stumia vienas nuo kito.

UHZ-1 atradimas yra šių diskusijų posūkio taškas. Siekdama pasiruošti būsimiems stebėjimams Jameso Webbo kosminiu teleskopu apie didžiulę galaktikų spiečius Skulptoriaus žvaigždyne, daktaro Natarajan komanda paprašė laiko NASA Chandra rentgeno observatorijoje. Klasterio masė veikia kaip gravitacinis lęšis, padidinantis už jo esančius objektus erdvėje ir laike. Tyrėjai tikėjosi gauti rentgeno žvilgsnį į tai, ką gali matyti objektyvas.

Jie rado kvazarą, varomą supermasyvios juodosios skylės, maždaug 40 milijonų kartų didesnės už Saulės masę. Tolesni Webb teleskopo stebėjimai patvirtino, kad jis buvo nutolęs 13,2 mlrd. šviesmečių. (Skulptorių spiečius yra maždaug už 3,5 mlrd. šviesmečių.) Tai buvo tolimiausias ir seniausias kada nors aptiktas kvazaras visatoje.

„Mums reikėjo Webbo, kad surastų šią nepaprastai tolimą galaktiką, o Chandrai – jos supermasyvią juodąją skylę“, – pranešime spaudai sakė Akosas Bogdanas iš Harvardo-Smithsonian astrofizikos centro. „Mes taip pat pasinaudojome kosminiu didinamuoju stiklu, kuris padidino mūsų aptiktos šviesos kiekį.

Rezultatai rodo, kad supermasyvios juodosios skylės egzistavo praėjus 470 milijonų metų po Didžiojo sprogimo. To laiko nepakanka, kad pirmosios žvaigždžių kartos sukurtos juodosios skylės – nuo ​​10 iki 100 Saulės masių – išaugtų tokios didelės.

Ar buvo kitas būdas didesnėms juodosioms skylėms susidaryti? 2017 metais daktaras Natarajanas pasiūlė, kad pirmykščių dujų debesų griūtis gali pagimdyti juodąsias skyles, 10 000 kartų masyvesnių už Saulę.

„Tuomet galite įsivaizduoti, kad vienas iš jų vėliau išaugs ir suformuos šią mažą, ankstyvą didelę juodąją skylę“, – sakė daktaras Holzas. Dėl to jis pažymėjo: „Kiekvienu vėlesniu Visatos istorijos metu visada atsiras stebėtinai didelių juodųjų skylių“.

„Faktas, kad šie objektai prasideda hipermasyviame gyvenime, reiškia, kad jie ilgainiui gali išsivystyti į supermasyvias juodąsias skyles“, – sakė daktaras Natarajanas. Tačiau niekas nežino, kaip tai veikia. Juodosios skylės sudaro 10% ankstyvojo kvazaro UHZ-1 masės, o šiuolaikinių galaktikų, tokių kaip milžiniška galaktika Mesjė 87, kurios juodosios skylės masė yra 6,5 ​​masės, jos sudaro mažiau nei vieną tūkstantąją masės. Vieną milijardą saulės masių 2019 m. nufotografavo „Event Horizon“ teleskopas.

Tai rodo, kad šių galaktikų ir jų juodųjų skylių augime ir evoliucijoje dominuoja sudėtingų aplinkos grįžtamųjų ryšių poveikis, todėl jos kaupia daugiau masės žvaigždėse ir dujose.

„Tiesą sakant, šie labai ankstyvi OBG perduoda ir apšviečia daugiau informacijos apie sėklos fiziką, o ne apie vėlesnį augimą ir vystymąsi“, – sakė dr. Natarajanas. „Nors tai turi svarbių pasekmių“, – pridūrė ji.

„Žinoma, būtų puiku, jei paaiškėtų, kas vyksta, bet aš tikrai nežinau“, – sakė dr. Holzas. „Tai bus įspūdinga istorija, nepaisant to, kaip bus išspręsta ankstyvųjų didelių juodųjų skylių paslaptis“, – pridūrė jis.