A JWST meglepő fordulatot fedezett fel a fekete lyukak és galaxisok kialakulásában

Melyik volt előbb: a fekete lyukak vagy a galaxisok? Esetleg fekete lyukak ÉS galaxisok?

Az univerzum kezdete a ScienceAlert szerint mindig is egyfajta „tyúk vagy tojás” probléma volt a fizikusok számára. Ha biztosnak tekintjük a széles körben elfogadott ősrobbanás elméletét, akkor is felvetődik a kérdés: mi volt utána? Vajon a csillagok és a galaxisok alakultak ki először, miközben a fekete lyukak lassan összeolvadtak közöttük? Vagy a fekete lyukak előbb jelentek meg, mint az első galaxisok?

Mi történhetett az ősrobbanás után?

Ahogy az anyag az ősrobbanást követően hűlni és összeolvadni kezdett, a 13,8 milliárd éves történetének nagy részében az általunk megfigyelt formákba és objektumokba rendeződött. Ma ezeket az objektumokat csillagokként látjuk, amelyek gravitációsan kötött rendszerekbe állnak. Ezeket galaxisoknak nevezünk, amelyek egy szupermasszív fekete lyuk körül keringenek a középpontjukban.

Hagyományosan azt feltételezték, hogy a csillagok és galaxisok voltak itt először. A James Webb űrteleszkóp (JWST) által a korai világegyetemről gyűjtött adatok új elemzése azonban arra utal, hogy a fekete lyukak és a galaxisok valójában együtt keletkeztek. Így pedig a fekete lyukak alakították a körülöttük kialakult galaxisokat.

„Tudjuk, hogy ezek a szörnyeteg fekete lyukak a Tejútrendszerünkhöz közeli galaxisok középpontjában léteznek, de a nagy meglepetés most az, hogy az univerzum kezdetén is jelen voltak, és szinte olyanok voltak, mint a korai galaxisok építőkövei vagy magjai” – mondja Joseph Silk csillagász, az amerikai Johns Hopkins Egyetem és a franciaországi Sorbonne Egyetem munkatársa. „[…] Egy teljes fordulat ahhoz képest, amit korábban lehetségesnek tartottunk – olyannyira, hogy ez teljesen felforgathatja a galaxisok kialakulásának megértését.”

Sok mindent nem tudunk a korai univerzumról, hiszen a tudósok sem látják. (Pedig a fény utazásának segítségével évmilliárdokat tudnak „visszanézni” a múltba.) Amikor az ősrobbanás utáni első 500 millió és 1 milliárd év közötti időszakban az anyag először kezdett összeállni, a csillagok és galaxisok közötti sűrű gázköd átláthatatlanná tette a világűrt.

Az elmúlt évtizedben olyan dolgok derültek ki, amelyek nem voltak összhangban a tudósok által felépített modellel. Mint például a fekete lyukak és a galaxisok, amelyek sokkal nagyobbak voltak, mint amik az ősrobbanás óta eltelt idő alatt kialakulhattak volna – a jelenlegi tudás szerint. És amikor a JWST megjelent, kiderült, hogy sokkal több ilyen nagy dolog létezett, még korábban, mint ahogyan azt elképzelték.

A fekete lyukak születése – vagy mégsem?

A szupermasszív fekete lyukak különleges problémát jelentenek, mivel egyes fekete lyukak csillagokból alakulnak ki. Amikor egy különösen nagy csillag elpusztul, a magja összeomlik. Egy fekete lyuk marad hátra, amely a Nap tömegének körülbelül 50-szerese.

Nagyobb fekete lyukak ezen objektumok ütközéséből is kialakulhatnak. De a szupermasszív fekete lyukak tömege a Nap tömegének több milliószorosa, milliárdszorosa. Ha ezek az objektumok a semmiből keletkeznek, akkor ez valóban nagyon hosszú időbe telik, és előbb csillagoknak kellett volna létezniük.

A JWST adataiból kiderül, hogy az univerzum történetében már nagyon korán léteztek szupermasszív fekete lyukak. Kevesebb mint 500 millió évvel az ősrobbanás után észleltünk ilyeneket; és érdekes módon az egyik tömege, úgy tűnik, megegyezik a körülötte kavargó galaxisokéval.

Ez erősen utal a fekete lyukak kialakulásának egy másik mechanizmusára:

Hatalmas anyagfelhők közvetlenül fekete lyukakká omlanak össze anélkül, hogy eleve csillagokká válnának.

A Silk és csapata által végzett elemzés szerint ez azt jelenti, hogy ezek már nagyon korán jelen lehettek, együtt létezhettek a bébigalaxissal, és serkenthették annak növekedését. Ahogy a felhő központi része fekete lyukká omlott össze, a megmaradt peremvidékből alakultak ki a csillagok.

A fekete lyuk táplálkozási folyamata ugyanis erőteljes szeleket és nagy sebességű plazmasugarakat korbácsol fel. Ezek átszakítják a környező teret, összenyomják a benne lévő csillagképző gázt, és intenzív csillagkeletkezési hullámokat indítanak el.

„Azt állítjuk, hogy a fekete lyukak kiáramlásai összezúzták a gázfelhőket, csillagokká alakítva őket, és jelentősen felgyorsítva a csillagkeletkezés ütemét” – mondja Silk.

A jövőbeni megfigyelések segítenek a csillagászoknak a modell pontosságának megállapításában és további finomításában. Egyelőre azonban úgy tűnik, hogy a tyúk vagy tojás probléma túlzottan leegyszerűsítő: nem az egyik vagy a másik, hanem mindkettő együttesen alakítja át a korai univerzum keverékét a galaxisok rendezett populációjává.

Érdemes elolvasni:

• Melyik állatok jöhetnek velünk a Marsra vagy a Holdra?
• Egy fúziós reaktor kétszer annyi energiát termel, mint amennyit kap