James Webb felfedezett egy, a Naprendszer méretű „fekete lyuk-csillagot”

A csillagászok felfedeztek egy olyan objektumot, amely egy teljesen új típusú asztrofizikai objektum lehet: egy „fekete lyuk-csillagot”, amely egy hatalmas fekete lyukat és egy csillaghoz hasonló, hatalmas gázburkot egyesít. A MoM-BH*-1 névre keresztelt objektumot a NASA James Webb Űrtávcsöve (JWST) észlelte a világegyetem legkorábbi szakaszában, alig néhány százmillió évvel a Nagy Bumm után.

A tárgy rendkívül fényes vörös pontként jelenik meg, nagyjából a Naprendszerünk méretével. Energianyerése azonban a becslések szerint 100 milliárdszor nagyobb, mint bármely közönséges csillagé, ami lehetetlenné teszi, hogy energiaforrása a hagyományos magfúzió legyen. A kutatók inkább úgy vélik, hogy a tárgyat egy központi fekete lyuk hajtja, amelyet hatalmas, sűrű hidrogénfelhő vesz körül.

„Úgy véljük, hogy van egy központi fekete lyuk, amely 100 000-szer olyan nagy tömegű, mint a Nap” – mondta a tanulmány vezető szerzője, Rohan Naidu, a NASA Hubble-ösztöndíjasa és a MIT Kavli Asztrofizikai és Űrkutatási Intézetének Pappalardo-ösztöndíjasa. A fekete lyukat nagyjából a Naprendszer méretű, kiterjedt gázburkolat veszi körül, ami csillagszerű megjelenést kölcsönöz a tárgynak.

A felfedezés a Mirage vagy Miracle (MoM) felmérés keretében történt, amely a JWST megfigyelései között kutatta az univerzum legkorábbi galaxisait. A kutatók észrevették, hogy egy különösen fényes forrás szokatlannak tűnt intenzív vörös színe miatt.

A mélyűr-felvételeken látható vörös objektumokat gyakran úgy gondolják, hogy por veszi körül őket, ami megváltoztathatja fényük látszólagos színét. A MoM-BH*-1 azonban számos más szokatlan jellemzőt is mutatott. Fénye kivételesen mély Balmer-törést mutatott, ami egy olyan spektrális jellemző, amely a csillagok légkörében a fotonokat elnyelő sűrű gázhoz kapcsolódik. Az objektumban emellett szinte egyáltalán nem volt kimutatható a hidrogénnél és a héliumnál nehezebb elemek jelenléte.

A kutatók ezután különböző lehetséges konfigurációk szimulációit futtatták le, hogy kiderítsék, mi okozhatja az objektum jellegzetes spektrumát és fényességét. Megállapították, hogy egy rendkívül sűrű hidrogénburkolat magyarázhatná a szokatlan spektrális jellemzőket, de nem a kibocsátott rendkívüli mennyiségű energiát.

Kiderült, hogy a hiányzó láncszem egy fekete lyuk volt. Azáltal, hogy aktívan anyagot felhalmozó fekete lyukat építettek be modelleikbe, és változtatták annak tömegét és egyéb paramétereit, a kutatók találtak egy olyan konfigurációt, amely szorosan egyezett a JWST megfigyeléseivel. Szimulációik szerint a MoM-BH*-1 egy olyan fekete lyukat tartalmaz, amelynek tömege nagyjából 100 000-szerese a Nap tömegének, és amelyet a Naprendszer méretével megegyező sűrű hidrogénburkolat vesz körül.

A javasolt objektum alapvetően különbözik mind a közönséges csillagoktól, mind a hagyományos fekete lyukaktól. Egy normál csillagban a magfúzió biztosítja az energiát, míg a környező gáz alkotja a csillagtestet. Egy fekete lyuk-csillagban az akkréciós fekete lyuk szolgál energiaforrásként, míg a környező sűrű gáz csillagszerű külső burkot hoz létre. A MIT anyagához mellékelt illusztráció összehasonlítja a három szerkezetet, bemutatva, hogy a fekete lyuk-csillag burka nagyjából a Naprendszer méretére terjed ki.

A felfedezés segíthet megmagyarázni a JWST által felvetett egyik legnagyobb rejtélyt is: a korai univerzum megfigyelései során felbukkanó számos „kis piros pontot”. Ezek az objektumok rendkívül gyakoriak a JWST-felvételeken, de úgy tűnik, hogy a modern univerzumból nagyrészt eltűntek.

A kutatók gyanítják, hogy ezeknek a kis piros pontoknak a többsége valójában a korai galaxisokba ágyazott fekete lyuk-csillag lehet. A MoM-BH*-1 azért tűnik szokatlannak, mert olyan fényes, hogy gyakorlatilag elhomályosítja gazdagalaxisát, lehetővé téve a csillagászok számára, hogy megfigyeljék azt, amit a kutatócsoport szinte tiszta fekete lyuk-csillagfényként ír le.

A „A Gas Enshrouded and Gas Reddened Black Hole at Cosmic Dawn” (Gázba burkolt és gáz által vörösített fekete lyuk a kozmosz hajnalán) című tanulmány a Nature folyóiratban jelent meg. Ha a további megfigyelések megerősítik ezt az értelmezést, a fekete lyuk-csillagok új magyarázatot adhatnak arra, hogyan alakultak ki és fejlődtek a hatalmas fekete lyukak a korai univerzumban.