A világegyetemben észlelt gravitációshullám-háttér választ adhat az első szupermasszív fekete lyukak kialakulásának rejtélyére.
Rendkívül alacsony frekvenciájú gravitációs hullámok halvány háttere dereng át az univerzumon, amelyet a csillagászok pulzárok hálózatán keresztül észlelnek. Ez a kozmikus morajlás több mint 13 milliárd évvel ezelőtti eseményekről, köztük a legelső szupermasszív fekete lyukak születéséről hordozhat döntő fontosságú információkat.
A Physical Review D folyóiratban megjelent tanulmányban a Colgate Egyetem kutatói, Sohan Ghodla és Cosmin Ilie azt vizsgálták, hogy a korai világegyetemből származó fekete lyukak magjai miként járulhattak hozzá a pulzár-időzítési tömbök által mért jelszinthez.
„A pulzár-időzítési tömbökre általában úgy tekintünk, mint a közelmúltbeli univerzum szupermasszív fekete lyuk kettőseinek vizsgálóeszközeire. A munkánk azonban rámutat arra, hogy a jel a fekete lyukak őseinek kozmikus hajnalon történő keletkezéséről is tartalmazhat információt, így a ma megfigyelt gravitációs hullámok új ablakot nyithatnak az első szupermasszív fekete lyukak születésére” – fogalmazott Cosmin Ilie.
A pulzár-időzítési tömbök mérései
A pulzár-időzítési tömbök mérései a gyorsan forgó neutroncsillagok, úgynevezett pulzárok rendkívül pontos jelein alapulnak. Amikor gravitációs hullámok haladnak át a téridőn, apró ingadozásokat okoznak a Földre érkező rádiójelek időzítésében, ami nanohertz frekvenciájú gravitációshullám-háttér jelenlétét igazolja.
NE HAGYD KI
Kövess minket a Google-ben
Legyen a Liner a követett forrásod
Jelöld be a Linert követett forrásként a Google-ben.
A tudományos közösség legelfogadottabb magyarázata szerint ezt a hátteret az egymás körül keringő szupermasszív fekete lyukak kettősei hozzák létre. A ScienceDaily információi alapján a legalább egymilliárd napsütésnyi tömegű rendszerek adják a mért jel legjelentősebb részét, azonban a csillagászok számára még kérdéses, hogyan jöttek létre ezeknek az objektumoknak a kezdeti magjai.
A James Webb űrteleszkóp és a Chandra mérései már rendkívül korai kozmikus időszakokban találtak meglepően nagy tömegű fekete lyukakat. A kutatók két lehetséges keletkezési útvonalat modelleztek, amelyek közül az egyik a közvetlen összeomlással keletkező fekete lyukak, a másik pedig a feltételezett sötét csillagok összeomlása.
A sötét csillagok
A sötét csillagok olyan feltételezett ősi égitestek, amelyek energiájukat nem a szokásos magfúzióból, hanem a sötét anyag megsemmisüléséből nyerik. Ezek a tárgyak jelentős mennyiségű anyagot gyűjthettek magukba anélkül, hogy túlságosan felforrósodnának, így akár a Nap tömegének egymilliószorosát is elérhették, mielőtt szupermasszív fekete lyukakká omlottak volna össze.
A Colgate Egyetem fizikusainak számításai szerint a sötét csillagok maradványai meghatározó, akár domináns részét képezhetik a pulzár-időzítési tömbök által észlelt jeleknek. Ezzel szemben a közvetlen összeomlással létrejött fekete lyukak sűrűsége lényegesen alacsonyabb lehetett, ezért azok jóval kisebb mértékben járultak hozzá a jelenlegi gravitációs hullámokhoz.
„Ha túl sokat feltételezünk ezekből a tömeges magokból, a modell túllépi a mért jelet. Ha viszont túl keveset, akkor más folyamatokra van szükség ahhoz, hogy a fekete lyukak a későbbi korszakokban összeálljanak a megfigyelt szintre” – mondta Sohan Ghodla.
A jelenlegi mérések így szigorú korlátokat szabnak a korai fekete lyukak lehetséges sűrűségének, emellett új kapcsolódást teremtenek a sötét anyag természete és a korai univerzum felépítése között.
„A sötét csillagokat eredetileg olyan objektumokként képzeltük el, amelyeket közvetlenül láthatunk a kozmikus hajnal idején. Ez a munka egy teljesen új utat mutat be a lehetséges szerepük tesztelésére, hiszen maradványaik olyan gravitációshullám-lenyomatot hagyhattak maguk után, amely egészen a mai univerzumig megőrződött” – fejtette ki Cosmin Ilie.