Egy gigantikus fekete lyukon kívül szinte üresen áll egy ősi galaxis – derítették ki kutatók, akik a James Webb űrtávcsővel mérték meg a fekete lyuk tömegét, amit úgy látunk, ahogy 700 millió évvel az ősrobbanás után kinézett.

„Ebben az esetben egyértelműen azt látjuk, hogy a galaxis a fekete lyuk kialakulása után kezd összeállni” – írta kérdésünkre Ignas Juodžbalis, a Cambridge-i Egyetem asztrofizikusa, a Nature folyóiratban szerdán közölt kutatás egyik szerzője. Ez, legalábbis ebben az esetben, arra utalhat, hogy a galaxis kialakulása egy eleve nagy tömegű fekete lyuk körül kezdődött meg.

A világ legnagyobb űrteleszkópjával 2023-ban felfedezett Abell 2744−QSO1 a kis vörös pöttyök (LRDs) közé tartozik, amik rendkívül távoli, halvány, vöröses objektumok. A kis vörös pöttyök, amikből eddig több százat azonosítottak, kutatók szerint szupernehéz fekete lyukak által működtetett aktív galaxismagok lehetnek a korai univerzumban.

Az Abell 2744−QSO1 a Földről nézve a déli égboltról látható Abell 2744 galaxishalmaz mögött helyezkedik el. A kolosszális galaxishalmaz a gravitációs lencsehatás révén megháromszorozza és felnagyítja a z=7,04-es vöröseltolódás értékű aktív galaxismag képét, lehetővé téve annak behatóbb vizsgálatát. Juodžbalis és kollégái ezt használták ki, amikor az űrteleszkóp közeli infravörös spektrográfjával (NIRSpec) megfigyelték a fekete lyuk körül különböző távolságokban örvénylő hidrogéngáz mozgását a gerjesztett atomok hidrogén-alfa kibocsátása révén.

Tizenkétszer nehezebb, mint a saját szupernehéz fekete lyukunk

A gáz mozgásának elemzése alapján arra jutottak, hogy a vizsgált fekete lyuk 50 millió naptömegű lehet, ami közel 12-szerese a Tejútrendszer szupernehéz fekete lyukának, a 4,3 millió naptömegű Sgr A*-nak. De ennél is meglepőbb, hogy a megfigyelések a fekete lyuk körüli csillagok tömegét a fekete lyuk kevesebb mint felére, 20 millió naptömeg alá becsülik, vagyis a fekete lyukat körülvevő galaxisban szinte alig vannak csillagok. A Tejútrendszerben ez az arány nagyon másként néz ki: a galaxisunk csillagainak tömege 10-15 ezerszerese a Sgr A*-énak. „Ez a legcsupaszabb masszív fekete lyuk, amit valaha találtak” – írják a tanulmányban.

„A spektruma és kompaktsága jól illeszkedik a többi kis vörös pöttyhöz” – írta az objektum tipikusságát firtató kérdésünkre az asztrofizikus. Mivel ezt a rendszert erős gravitációs lencsehatás nagyítja fel, a QSO1 térbeli kiterjedését és kinematikáját más kis vörös pöttyökkel szemben jelenleg nagy pontossággal meg lehet állapítani. A kutató szerint ezért most még lehetetlen megmondani, hogy más kis vörös pöttyök is ennyire extrémek-e vagy sem.

Hogy jöhetett létre?

De a legizgalmasabb kérdés az, hogy miként jöhetett létre 13 milliárd évvel ezelőtt egy 50 millió naptömegű szupernehéz fekete lyuk. A kutatók szerint egy ilyen objektum létét kizárólag az tudja megmagyarázni, ha egy eleve nagy tömegű „feketelyuk- magból” alakult ki (heavy-seed scenario), majd növekedni kezdett a környezetében lévő gázok bekebelezésével vagy más fekete lyukakkal történő egyesüléssel. Ezen forgatókönyvek közül a kutatók kettőt vetnek fel a tanulmányukban. Az egyik lehetőség, hogy a kezdeti fekete lyuk egy hatalmas gázfelhő gravitációs összeomlásából keletkezett (közvetlen összeomlásos forgatókönyv), a másik pedig az, hogy egy primordiális fekete lyukból (primordiális forgatókönyv), ami az ősrobbanás utáni kevesebb mint első másodpercben keletkezett.

„Jelenleg nagyjából fele-fele arányban hajlok mindkét lehetőség felé” – írta kérdésünkre Juodžbalis. Mindkét forgatókönyv meglehetősen egzotikus, ugyanakkor az elméleti szakemberek előre jelezték őket. A kutató szerint talán a közvetlen összeomlásos magyarázat lehet valószínűbb, mert az kevésbé szokatlan fizikára támaszkodik, ugyanakkor rendkívül izgalmas az a lehetőség, hogy a QSO1 egy primordiális fekete lyukból jött létre.

A két forgatókönyvet, mint írta, úgy lehetne megkülönböztetni, ha elég sok nagy vöröseltolódású, akkréciót mutató fekete lyukat tudnánk megfigyelni, köztük a mostaniaknál is nagyobb vöröseltolódású, vagyis távolabbi fekete lyukakat. Ha a jelenlegi, 18 körüli vöröseltolódású galaxisjelöltek közül néhányról megerősítést nyerne, hogy valóban ilyen magas vöröseltolódásúak és aktív galaxismagot is tartalmaznak, az Juodžbalis szerint észszerű bizonyíték lenne a primordiális fekete lyukakra.

A kutató szerint eredményeik is azt mutatják, hogy a James Webb űrtávcső minden területen messze felülmúlja az előzetes várakozásokat. „Ha valaki a JWST felbocsátása előtt azt állította volna, hogy erre képes lesz, valószínűleg túlzottan optimistának tartották volna” – írta.

* * *

Júniusban a 13. Qubit Live-on folytatjuk korunk talán legnagyobb technológiai és társadalmi kihívása, a mesterséges intelligencia (AI) vizsgálatát. Most az AI-modellek korlátaira és az AI körüli hype-ra, valamint az általános mesterséges intelligencia (AGI) lehetőségére fogunk fókuszálni.

Velünk lesz Jelasity Márk informatikus-matematikus-nyelvész, a Szegedi Tudományegyetem Mesterséges Intelligencia Tanszékének vezetője, Kocsis Levente matematikus, a HUN-REN Sztaki tudományos főmunkatársa, Pintér Róbert szociológus-politológus, a Corvinus Egyetem docense, Móró Tamás és Jónap Richárd közgazdászok, a Concorde Értékpapír Zrt. stratégái és Kizlinger Lilla, Ezüst Medve díjas színművész. Ha nem szeretnél lemaradni, iratkozz fel mielőbb a Qubit+-ra!