A fekete lyuk csillag: Teljesen új típusú égitestet fedeztek fel az univerzum peremén

A csillagászat története tele van olyan pillanatokkal, amikor az univerzum egyetlen szokatlan porszemcsével vagy apró fényponttal írta felül...

A csillagászat története tele van olyan pillanatokkal, amikor az univerzum egyetlen szokatlan porszemcsével vagy apró fényponttal írta felül mindazt, amit a kozmosz működéséről gondoltunk.

A James Webb űrteleszkóp (JWST) legújabb felfedezése pontosan egy ilyen elképesztő fejezetet nyitott meg, amikor az univerzum szélén, a tér és az idő peremén egy eddig sosem látott, egészen bizarr objektumra bukkant.

Amikor a kutatók elé tárultak az adatok, hirtelen egy olyan rejtélyes égitest képe rajzolódott ki előttük, amely mintha a tudományos-fantasztikus irodalom lapjairól lépett volna elő: egy gigantikus, óriási hidrogénburokba csomagolt fekete lyuk, amely kívülről egyetlen hatalmas, felfoghatatlanul fényes csillagnak álcázza magát.

A tudósok ezt a teljesen új típusú asztrofizikai jelenséget "fekete lyuk csillagnak" nevezték el, és a felfedezés nemcsak az alapkutatásokat forgathatja fel, de választ adhat az univerzum hajnalának egyik legégetőbb kérdésére is. (1)

A James Webb űrteleszkóp üzembe helyezése óta folyamatosan pásztázza az univerzum legkorábbi korszakait, és a csillagászok már egy ideje értetlenül álltak egy bizonyos típusú objektum előtt. Ezeket az égitesteket a kutatók egymás között csak "kis piros pontokként" emlegették. Ezek a halvány, vöröses objektumok az ősrobbanás utáni korai időszakban léteztek, és ahhoz, hogy ekkora távolságból egyáltalán észrevegyük őket, elképesztő fényerővel kell rendelkezniük.

Az elmúlt négy évben közel ezer tudományos cikk született a természetükről, ugyanis a rejtély lényege az volt, hogy ezek a kis piros pontok megmagyarázhatatlanul nagy tömegű fekete lyukakat tartalmaznak. A mai kozmológiai modellek szerint a szupermasszív fekete lyukaknak évmilliárdokra van szükségük ahhoz, hogy ekkorára növekedjenek, ám az univerzum hajnalán létező monstrumok egyszerűen nem kaphattak elég időt arra, hogy a hagyományos folyamatok révén megszülessenek.

Ebbe a rejtélybe csöppent bele Dr. Rohan Naidu, a bostoni MIT kutatója és csapata, akik eredetileg egy teljesen más feladaton dolgoztak. A csillagászok olyan objektumokat próbáltak kiszűrni a JWST felvételeiről, amelyeket "délibáboknak" neveznek, mert a gravitációs lencsehatás vagy más optikai jelenségek miatt sokkal távolibbnak tűnnek, mint amilyen közel valójában vannak.

A keresés során azonban rábukkantak egy olyan objektumra, amely ugyan nem volt annyira távoli, mint a legtöbb kis piros pont, viszont rendkívül vörös és hihetetlenül fényes volt. Amikor a csillagászok valami nagyon vöröset látnak az univerzumban, általában azonnal arra gyanakodnak, hogy az objektumot sűrű poráramlat, korom vagy hamu veszi körül. Ahogyan a kanadai erdőtüzek füstje nemrégiben téglavörösre festette Boston égboltját, úgy a csillagászati objektumok is sokkal vörösebbnek tűnnek a tényleges színüknél, ha egy vastag porfüggönyön keresztül tekintünk rájuk.

Amikor azonban a kutatók közelebbről megvizsgálták az objektum fényspektrumát, valami egészen szokatlant tapasztaltak. A fényerő a rövid hullámhosszakon hirtelen és drasztikusan lecsökkent, amit a csillagászatban Balmer-ugrásnak neveznek. A por nem képes ilyen jellegű éles törést okozni a fény spektrumában, ellenben bizonyos fiatal csillagok légkörében lévő gázok pontosan így nyelik el a fényt a meghatározott hullámhosszak alatt.

Naidu és kollégái megállapították, hogy az ebben az objektumban megfigyelt Balmer-ugrás a legmélyebb és legkifejezettebb volt, amit valaha bármilyen égitestnél regisztráltak, ami egyértelműen kizárta a hagyományos csillagok jelenlétét. Ekkor merült fel a kérdés: lehetséges, hogy egy teljesen új típusú "csillaglégkört" látnak, de mindezt egy addig elképzelhetetlen, gigantikus léptékben?

A spektroszkópiai mérések azt is megmutatták, hogy az objektumban szinte teljesen hiányoznak a héliumnál nehezebb elemek – amelyeket a csillagászok kissé félrevezető módon gyűjtőnéven fémeknek neveznek. Ez azt jelenti, hogy az égitest korábban létezett, mint ahogy az első szupernóva-robbanások beszennyezték volna a környező gázfelhőket nehezebb elemekkel.

A kutatócsoport modellezni kezdte, hogy mi kellene ahhoz, hogy pusztán tiszta hidrogén segítségével ilyen mélyvörös színt és specifikus elnyelési színképet hozzanak létre. A számítások meglepő eredményt hoztak: a jelenség csak akkor jöhet létre, ha az égitestet egy hihetetlenül sűrű hidrogénkéreg veszi körül, amely annyira tömör, hogy nem egy ritka csillagközi gázfelhőre, hanem sokkal inkább egy óriási csillag tényleges felszínére hasonlít.

Ugyan a hidrogénburok tökéletesen megmagyarázta a vörös színt és a színkép sajátosságait, a csodálatos fényerőre a hagyományos csillagászati mechanizmusok nem adhattak választ. Az univerzum legfényesebb objektumai a kvazárok, amelyeket a fekete lyukak körüli anyagkorongok energiafelszabadulása táplál, ám ez az objektum nem mutatott kvazárra utaló jegyeket. Valójában úgy festett, mint egy csillag, amely százmilliárdoszor fényesebb a Napnál. Egyetlen csillag sem képes ilyen elképesztő energiát termelni magfúzió révén, ami minden ismert csillag belső motorja.

A logikus magyarázat keresése során a tudósok rájöttek, miként egyesülhet egy fekete lyuk akkréciós korongjának félelmetes energiája egy csillag spektroszkópiai tulajdonságaival. A legvalószínűbb forgatókönyv szerint az objektum magjában egy körülbelül százezer napsúlyú fekete lyuk rejtőzik, amelyet egy olyan sűrű hidrogénburok ölel körül, amelynek sugara ötszöröse a Voyager–1 űrszonda és a Föld közötti jelenlegi távolságnak.

A kutatók a különleges égitestnek a MoM-BH*-1 nevet adták, ahol a csillagjel a fekete lyuk jelenlétére utal, a MoM betűszó pedig a kutatási projektjük nevéből, a "Csoda vagy Délibáb" (Miracle or Mirage) kifejezésből ered. Ez az objektum sokkal fényesebb a JWST által korábban talált átlagos kis piros pontoknál, ám ez könnyen lehet, hogy csak azért van így, mert a többi objektum ennek a gigászi égitestnek a kisebb változata.

Ha ez a feltételezés helytálló, a MoM-BH*-1 segíthet megérteni a korai fekete lyukak kialakulásának rejtélyét, mivel a szerkezete tökéletesen illeszkedik az úgynevezett szuper-Eddington táplálási modellhez, amely elméletileg lehetővé teszi a fekete lyukak rendkívül gyors növekedését az korai univerzumban.

Ebben az esetben minden egyes kis piros pont valójában egy-egy fekete lyuk csillag lehet, amely egy korai galaxis szívében ágyazódott be. A MoM-BH*-1 különlegessége abban rejlik, hogy maga a fekete lyuk csillag lényegében teljesen elhomályosítja a mögötte lévő gazdagalaxist, így a csillagászok közvetlenül a tiszta fekete lyuk csillag fényét tanulmányozhatják.

Ez a lenyűgöző állapot azonban nem tart örökké. A megfigyelések szerint a MoM-BH*-1 közelében található egy fényes galaxis, és a két rendszer a számítások szerint körülbelül százmillió éven belül össze fog olvadni. Amikor ez megtörténik, az objektum megjelenése teljesen átalakulhat, és felveheti a megszokottabb kis piros pontok vagy akár a problémás kvazárok arculatát.

A csillagászoknak sosem hiányzott a képzelőerejük, és a kvazárok felfedezése óta számtalan elmélet született arra, miként növekedhettek meg a fekete lyukak ilyen gyorsan a kozmosz születése után. A James Webb űrteleszkópnak köszönhetően most először nyílik lehetőség arra, hogy a tudósok saját szemükkel figyeljék meg ezt az átmeneti korszakot, és igazolják, mely elképzelések felelnek meg a valóságnak.

Bár a MoM-BH*-1 léptékeiben egyedi, nem ez az egyetlen hasonló objektum. A tanulmány közzétételével egy időben a kutatók beszámoltak egy másik, "A Szirt" (The Cliff) névre keresztelt objektumról is, amely hasonlóan extrém Balmer-ugrást mutatott, bár azt a MoM-BH*-1-hez képest kétmilliárd évvel későbbi idősíkon látjuk.

Érdekes módon a tudományos életben a csillagmagban lakozó fekete lyukak gondolata már korábban is felmerült. Néhány évvel ezelőtt egy elméleti fizikus, akit a Soundgarden híres dalai és a szupermasszív objektumok inspiráltak, kiszámította, mi történne, ha egy normális csillag belsejében egy apró fekete lyuk foglalna helyet.

Bár a MoM-BH*-1 egészen más léptékben működik, és aligha nevezhető hagyományos értelemben vett csillagnak, a Nature folyóiratban megjelent felfedezés bebizonyította, hogy az univerzum a legmerészebb elképzeléseinket is képes felülmúlni. (2)

(1) - https://www.nature.com/articles/
(2) - https://www.iflscience.com/obje