Három gátlástalanul táplálkozó szupermasszív fekete lyukat észleltek egyetlen korai galaxis szívében a csillagászok. A James Webb űrteleszkóp mérései szerint a J0148-4214 jelű rendszert alkotó szupermasszív fekete lyukak alig 1,2 milliárd évvel az Ősrobbanás után léteztek a fiatal univerzumban.
A felfedezést a németországi Max Planck Földön Kívüli Fizikai Intézet (MPE) kutatócsoportja tette közzé Hannah Übler vezetésével. Ez az első alkalom, hogy a csillagászok három aktívan anyagot elnyelő, központi égi objektumot azonosítottak egyetlen galaktikus rendszeren belül a kozmosz ennyire korai korszakából. A kutatás adatai választ adhatnak arra a régóta húzódó asztrofizikai rejtélyre, miként tudtak a világegyetem hajnalán ekkorára nőni ezek a gravitációs elnyelők.
Egyetlen galaxisba zsúfolódott kozmikus szörnyetegek
A talált objektum, a J0148-4214 katalógusszámú galaxis olyan távol fekszik a Földtől, hogy a fénye mintegy 12,5 milliárd év alatt érte el a James Webb űrteleszkóp érzékelőit. Mivel a világegyetem tágulása miatt a kibocsátott fény a vöröseltolódás tartományába tolódott, a tudósok pontosan meg tudták határozni a rendszer életkorát. A látott kép a kozmosz gyermekkorát mutatja, amikor az univerzus a jelenlegi életkorának kevesebb mint tíz százalékánál járt.
A James Webb űrteleszkóp NIRSpec elnevezésű spektrométerének segítségével a csillagászok átvilágítottak a galaxisban örvénylő por- és gázfelhőkön. A színképvonalak elemzése során a hidrogénatomok rendkívül gyors mozgását mutatták ki, ami egyértelműen a szupermasszív fekete lyukak jelenlétére utalt. A központi régió összetett szerkezetű gázáramlásaiból kiderült, hogy nem egyetlen, hanem kettő, egymástól mindössze 620 fényévre található szupermasszív fekete lyuk kering a galaxis magjában.
A mérések egy harmadik gravitációs centrumot is feltártak, amely a galaxis külső vidékén helyezkedik el. Ez a harmadik szupermasszív fekete lyuk nagyjából 5500 fényévnyi távolságra van a magtól, és szintén folyamatosan falja a környező gázanyagot. A kutatók szerint ez a különálló objektum egy korábbi galaxisütközés maradványa lehet, vagy éppen folyamatosan halad a galaxis közepe felé, hogy végül csatlakozzon a belső pároshoz.
Elképesztő tempóban faló égi objektumok
A három szupermasszív fekete lyuk tömege és aktivitása jelentősen eltér egymástól. A központi pár nagyobbik tagja körülbelül 80 milliószoros nap-tömegű, míg a közvetlen szomszédságában lévő kisebb társa nagyjából 600 ezer nap-tömegű. A külső régióban elhelyezkedő harmadik fekete lyuk tömegét a csillagászok mintegy 2 millió nap-tömegűre becsülik. A galaxis teljes csillagtömege 1,3 milliárd napsúlyra tehető, ami azt jelenti, hogy a fekete lyukak az átlagosnál sokkal nagyobb arányt képviselnek a rendszer össztömegéből.
Különösen meglepte a kutatókat a legkisebb, 600 ezer napsúlyú objektum viselkedése. Ez a szupermasszív fekete lyuk olyan sebességgel kebelezi be a gázt, amely meghaladja a teoretikus elméleti határértéket, az úgynevezett Eddington-limitet. Ez a szuper-Eddingtoni akkréció néven ismert jelenség rámutat arra, hogy a fiatal univerzumban az anyagbeszívás folyamata lényegesen hatékonyabb volt, mint azt a korábbi teóriák feltételezték.
A két központi objektum jelenleg egy összetett kozmikus táncot jár. A gravitációs kölcsönhatások miatt a keringési pályájuk folyamatosan szűkül, és a számítások szerint néhány százmillió éven belül elkerülhetetlenül egyetlen óriási fekete lyukká olvadnak össze. A külső, harmadik tag sorsa még bizonytalan: vagy lassan behúzódik a központba, vagy a háromtest-kölcsönhatások szimulációi alapján akár ki is repülhet a galaxisból.
A galaxisok növekedésének rejtélyét oldhatja meg a felfedezés
Az elmúlt években a csillagászat egyik legnagyobb fejtörést okozó rejtélye az volt, miként alakulhattak ki többtízmillió napsúlyú szupermasszív fekete lyukak az Ősrobbanás utáni első milliárd évben. A hagyományos elméletek szerint a gázanyag lassú akkréciója nem lett volna elegendő ahhoz, hogy ilyen rövid idő alatt ekkora tömeget halmozzanak fel. A most megfigyelt J0148-4214 galaxis közvetlen bizonyítékot szolgáltat egy alternatív, sokkal gyorsabb növekedési útvonalra.
A korai univerzumban az anyagsűrűség jelentősen nagyobb volt, így a galaxisok folyamatosan ütköztek és egyesültek egymással. Amikor két vagy több galaxis összeolvadt, a központi szupermasszív fekete lyukaik is megközelítették egymást. Ez a többszörös galaktikus egyesülés nemcsak hatalmas mennyiségű gázt terelt a magok felé, felgyorsítva az anyagfalást, hanem maguknak a fekete lyukaknak az összeolvadásával is ugrásszerű tömegnövekedést idézett elő.
A Max Planck Intézet kutatói hangsúlyozzák, hogy ez a tripla rendszer előfutára a jövőbeli gravitációshullám-obszervatóriumok által észlelhető giga-egyesüléseknek. Az olyan fejlesztés alatt álló műszerek, mint az Európai Űrügynökség LISA űrteleszkópja, a jövőben képesek lesznek érzékelni az ilyen többes szupermasszív fekete lyukak összeolvadásakor keletkező gravitációs hullámokat. A J0148-4214 megfigyelése így nemcsak a múlt megértését segíti, hanem útmutatást ad ahhoz is, mit kell keresnünk a jövő mélyűri mérései során.
- Space.com – Scientists find 3 supermassive black holes on the verge of collision inside a distant galaxy
- Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics – Three supermassive black holes discovered in a single galaxy for the first time
- Smithsonian Magazine – Astronomers May Have Spotted a Galaxy in the Early Universe With Three Behemoth Black Holes
