Kosminen ennätys: Tutkijat punnitsivat 10 miljardin valovuoden päässä nukkuvan jättiläisen

Ratkaisu löytyi gravitaatiolinssistä. Lähes täydellisesti Maan ja MRG-M0138:n väliin sijoittuu massiivinen etualan galaksijoukko. Joukon valtava painovoima vääristää aika-avaruutta itseään, taivuttaen taustagalaksin valon kulkua matkallaan meitä kohti ja toimien luonnollisena kosmisena kaukoputkena. Tämä asetelma suurentaa MRG-M0138:n kuvaa noin 30-kertaisesti , muuttaen erottamattomasta pisteestä rakenteen, jonka ydintä voidaan tutkia.

Tähtien dynamiikka: näkymättömän punnitseminen

Saatuaan linssin suurentaman, tarkan kuvan ryhmä otti käyttöön Webbin NIRSpec-integraalikenttäspektrografin. Tämä hienostunut instrumentti tallensi spektrin jokaisesta kuvan pikselistä, minkä ansiosta tutkijat pystyivät kartoittamaan tähtien nopeuksia eri etäisyyksillä galaksin keskuksesta. Tätä tekniikkaa kutsutaan tähtien dynamiikaksi – samaa menetelmää käytettiin oman Linnunratamme keskustan mustan aukon punnitsemiseen, mikä palkittiin fysiikan Nobelilla vuonna 2020 .

Aivan kuten planeetat kiertävät Aurinkoa, supermassiivista mustaa aukkoa lähempänä olevat tähdet kiertävät sitä nopeammin. Mallintamalla, kuinka tähtien nopeudet muuttuivat etäisyyden kasvaessa käyttäen yksinkertaisia Keplerin lakeja, ryhmä pystyi tunnistamaan mustan aukon "vaikutuspiirin" – alueen, jossa sen painovoima hallitsee tähtien liikettä. Tämä mahdollisti suoran massamittauksen. Ennen tätä tutkimusta kaukaisin suoraan tähtien dynamiikalla mitattu musta aukko sijaitsi vain noin 700 miljoonan valovuoden päässä. MRG-M0138 rikkoo tämän ennätyksen yli kymmenkertaisesti .

Mitä he löysivät: galaksinsa sammuttanut jättiläinen

Mittaus vahvisti mustan aukon massaksi noin 6 miljardia Auringon massaa . Sen kotigalaksi MRG-M0138 on massiivinen, punainen elliptinen galaksi, joka on jo kauan sitten lopettanut uusien tähtien muodostamisen. Sen keskustassa lepäävä musta aukko on uinuva, mikä tarkoittaa, ettei se tällä hetkellä vedä puoleensa ja kuumenna suuria määriä kaasua .

Löydökset viittaavat väkivaltaiseen menneisyyteen. MRG-M0138 oli todennäköisesti aikoinaan loistava kvasaari, jonka voimanlähteenä toimi kasvavaan mustaan aukkoon syöksyvä kaasu. Tästä aktiivisesta vaiheesta peräisin oleva valtava energiantuotanto saattoi lämmittää tai jopa sinkota pois juuri sen kaasun, jota tähtien synty vaatii, käytännössä sulkien galaksin tähtitehtaat. Galaksin kuollut, hiljainen tila ja mustan aukon uinuva tila tänä päivänä liittyvätkin todennäköisesti yhteen; musta aukko kasvoi niin suureksi ja voimakkaaksi, että se sammutti oman isäntägalaksinsa .

Yhteiskehitysmallit haastettuna

Tämä löytö osuu teorioidemme ytimeen siitä, miten galaksit ja mustat aukot kasvavat yhdessä. Nykypäivän lähimaailmankaikkeudessa havaitaan tiukka korrelaatio keskustan mustan aukon massan ja sen kotigalaksin pullistuman ominaisuuksien välillä, mikä viittaa niiden yhdessä tapahtuvaan, synkronoituun kehitykseen. Tämä uusi mittaus tarjoaa suoraa näyttöä siitä, ettei tämä suhde ole aina ollut olemassa, ja että mustat aukot voivat muodostua ja kasvaa valtaviin mittoihin jo ennen kuin niiden kotigalaksit ovat saaneet tähtensä kasaan.

Data osoittaa, että jotkin varhaisen maailmankaikkeuden tiheimmistä alueista olivat äärimmäisen nopean mustan aukon kasvun tyyssijoja, jotka rynnistivät ympäröivän galaksin kehityksen ohi . MRG-M0138:n mittaus haastaa yksinkertaiset yhteiskehitysmallit, joissa mustan aukon ja galaksin kasvu on aina tiukasti kytköksissä toisiinsa. Tulevat tutkimusohjelmat, joissa hyödynnetään JWST:tä, Euclidia, Nancy Grace Roman -avaruusteleskooppia ja seuraavan sukupolven maanpäällisiä observatorioita, kuten Giant Magellan Telescopenia, pyrkivät soveltamaan tätä linssiys-ja-tähtidynamiikka-tekniikkaa lukuisiin muihin galakseihin rakentaakseen tilastollisen kokonaiskuvan mustien aukkojen ja galaksien yhteisestä kehityksestä kosmisen ajan halki .

Löytö ei ainoastaan alleviivaa James Webb -teleskoopin mullistavaa kykyä tutkia varhaista universumia, vaan se tarjoaa meille myös täysin uudenlaisen kurkistusikkunan mustien aukkojen ja galaksien väkivaltaiseen nuoruuteen. Kyse ei ole pelkästä ennätysjahdista, vaan tarinasta siitä, miten maailmankaikkeutemme suurimmat rakenteet muotoutuivat ja usein tuhosivat ympäristönsä matkalla kohti nykypäivää.