'שינוי פרדיגמה': חור שחור סופר מסיבי ללא גלקסיה משנה את מה שחשבנו שהגיע ראשון
בזמן שחיפש בשחר היקום את מקורן של גלקסיות עתיקות, טלסקופ החלל ג'יימס ווב חשף משהו בלתי צפוי שאורב בליבותיהן – תגלית שעשוי לעצב מחדש את השקפתנו על הקוסמוס המוקדם.
מדענים חשבו זמן רב שגלקסיות התפתחו ראשונות, בעוד שהחורים השחורים במרכזן נוצרו לאחר קריסת כוכבים גדולים. תצפיות אחרונות של ווב, לעומת זאת, מספרות סיפור אחר. הטלסקופ תפס עדויות לחורים שחורים סופר מסיביים שהתפתחו תחילה, ללא גלקסיה מארחת שתזין אותם.
תצפיות ווב עשויות לספק סוף סוף תשובה לשאלה תרנגולת או ביצה שמימית, מה שמרמז שחורים שחורים עתיקים לא היו צריכים לצרוך כמויות גדולות של גז ואבק מסביב כדי לגדול לגדלים העצומים שלהם.
"זהו ממצא מדהים", רוברטו מאיולינו, חוקר מאוניברסיטת קיימברידג' ומחבר שני מחקרים שפורסמו ב- טֶבַע ואת הודעות חודשיות של החברה המלכותית לאסטרונומיהנאמר ב א הצהרת נאס"א. "זהו שינוי פרדיגמה, בדיקה מחודשת של התרחישים הקלאסיים של איך חורים שחורים נוצרים וגדלים."
מבט אחורה בזמן
אחד הכתמים הזעירים הזוהרים הראשונים של אור אינפרא אדום שמצא ווב, בשם Abell2744-QSO1 (QSO1), מתוארך ל-700 מיליון שנים בלבד לאחר המפץ הגדול (5% מגילו הנוכחי). הנקודה האדומה הקטנה האוטוטיפית מוגשת באמצעות עדשת כבידה על ידי צביר הגלקסיות Abell 2744. זה הופך אותה למטרה אידיאלית, מכיוון שהיא נראית מוגדלת ומצולמת משולשת.
תצפיות ראשוניות של QSO1 הראו כי ייתכן שכן חור שחור סופר מסיבי בסביבות פי 40 מיליון ממסת השמש, מוקף בענן של מימן וגז הליום זוהר. עם זאת, מדענים לא יכלו להיות בטוחים אם החור השחור באמת כל כך מסיבי.
"לפני עכשיו, כל מדידות המסה של חורים שחורים ביקום המוקדם היו עקיפות, בהתבסס על הנחות ממה שאנחנו יודעים עליהם ביקום המקומי. לא ידענו אם ההנחות האלה באמת חלות על היקום הרחוק", אמר פרנצ'סקו ד'אוגניו, חוקר באוניברסיטת קיימברידג' ושותף למחקרים, בהצהרה.
שוקלים את החיה
כדי לאשר את מסת החור השחור, הצוות שמאחורי המחקר התחקה אחר השפעות כוח המשיכה שלו על הגז שמתערבל סביבו ומיפה את התפלגות היסודות השונים בגז. באמצעות ספקטרוגרף אינפרא אדום קרוב (NIRSpec) של Webb, גילו המדענים שהגז מקיף נקודה מרכזית באותו אופן שבו כוכבי לכת במערכת השמש שלנו מקיפים את השמש. תופעה זו ידועה בשם תנועה קפלרית.
"זה חשוב כי זה אומר לנו שרוב המסה של QSO1 מרוכזת בחור השחור שבמרכזו", אמר איגנאס יודז'בליס, סטודנט לתואר שני באוניברסיטת קיימברידג' ומחבר ראשי של אחד המחקרים, בהצהרה. "אם המסה הייתה מפוזרת יותר, כפי שהייתה אם היו הרבה כוכבים, לגז לא היה סיבוב קפלריאני מושלם זה."
מכיוון שהתנועה הקפלרית נשלטת על ידי חוקי הכבידה, הצוות השתמש במדידות המהירות של הגז שמסביב כדי לחשב ישירות את מסת החור השחור. "זו תוצאה פנומנלית", אמר מאיולינו. "זו המדידה הישירה הראשונה של מסת חור שחור במיליארד השנים הראשונות לאחר המפץ הגדול, והיא תואמת את המדידות הקודמות."
התוצאות גילו שלא רק שהחור השחור הוא סופר-מסיבי, במסה של פי 50 מיליון מהמסה של השמש, אלא שהוא גם מהווה כשני שליש מהמסה הכוללת של QSO1. חורים שחורים סופר מסיביים מהווים בדרך כלל רק חלק קטן מהמסה הכוללת של הגלקסיות המארחות שלהם. התגלית חשפה פרופורציה בין החור השחור העל-מאסיבי לגלקסיה שלו שגדולה אלפי מונים מאשר בגלקסיות סמוכות.
הממצאים מצביעים על כך שהחור השחור הזה נולד כילד גדול ולא נוצר מכוכב מתמוטט וניזון מהגז שמסביבו כדי לגדול לגודלו המסיבי. ההרכב הכימי של QSO1 גם הראה שהוא מורכב כמעט כולו ממימן והליום, עם מעט מאוד מהיסודות הכבדים יותר כמו חמצן שנמצאים בדרך כלל בגלקסיה עשירה בכוכבים ופסולת כוכבים.
"נראה שמצאנו חור שחור שאין לו גלקסיה מארחת מהותית ושקדם לתהליכים כוכביים", אמר יודז'בליס. "זה מרגש מאוד כי זה הוכחה לחורים שחורים קדומים או לחורים שחורים שהתמוטטו ישירות, אשר עברו תיאוריה אך לא אושרו."