Վաղ Տիեզերքի առեղծվածը. Գերծանր սև խոռոչները գիտնականներին տարակուսանքի մեջ են գցել

Սև խոռոչներ, որոնք չպետք է գոյություն ունենային

Կվազարները Տիեզերքի ամենապայծառ օբյեկտներն են, որոնք սնվում են գալակտիկաների կենտրոններում գտնվող գերծանր սև խոռոչներով: Նրանց լուսավորությունը կարող է խավարել ամբողջ գալակտիկաներ, ինչը նրանց դարձնում է վաղ Տիեզերքն ուսումնասիրելու իդեալական օբյեկտներ: MIT-ի գիտնականները հետազոտել են կվազարներ z≳6 կարմիր շեղմամբ, ինչը համապատասխանում է այն ժամանակին, երբ Տիեզերքը եղել է մեկ միլիարդ տարուց էլ պակաս (նրա ներկայիս տարիքի մոտ 13%-ը):

Հայտնաբերված սև խոռոչները, որոնք ունեն միլիարդավոր արեգակների զանգված, ցնցել են գիտնականներին.

• Ըստ ակրեցիայի ստանդարտ մոդելի՝ սև խոռոչները աճում են՝ աստիճանաբար կլանելով գազ և փոշի: Միլիարդավոր արեգակների զանգվածի հասնելու համար պահանջվում են հարյուր միլիոնավոր տարիներ, սակայն վաղ Տիեզերքը պարզապես այդքան ժամանակ չի ունեցել:
• Էլ ավելի զարմանալի է, որ որոշ կվազարներ ակտիվ են եղել ընդամենը 1000–1 միլիոն տարի, ինչը բացառում է երկարատև աճը կայուն ակրեցիայի միջոցով:

«Այս սև խոռոչները նման են երկնաքերերի, որոնք կառուցվել են մեկ շաբաթում: Մենք չենք հասկանում, թե ինչպես է դա հնարավոր», - նշել է հետազոտության հեղինակներից մեկը:

Դիտարկումներ. MUSE և Լայման-ալֆա միգամածություններ

Հետազոտական թիմը օգտագործել է Չիլիում գտնվող Շատ մեծ աստղադիտակի (VLT) վրա տեղադրված MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer) սպեկտրոգրաֆը՝ կվազարներն ուսումնասիրելու համար, որոնք ունեն անոմալ փոքր մերձակա գոտիներ՝ կվազարի շուրջ իոնացված գազի տարածքներ, որտեղ ուլտրամանուշակագույն ճառագայթումը ճնշում է ջրածնի արտանետումը: Փոքր գոտիները ցույց են տալիս սև խոռոչի կարճատև ակտիվությունը:

Հիմնական օբյեկտ դարձան Լայման-ալֆա միգամածությունները՝ ջրածնի հսկայական լուսարձակող ամպեր, որոնք շրջապատում են կվազարները: Դրանց վերլուծությունը ցույց տվեց.

• Սև խոռոչները գտնվում են ակտիվ կլանման վաղ փուլում, այսինքն՝ նրանց միլիարդավոր արեգակների զանգվածը ձևավորվել է մինչև ինտենսիվ ակրեցիայի սկիզբը:
• Միգամածությունների անհամաչափությունը վկայում է հզոր գազային հոսքերի կամ ռեակտիվ շիթերի մասին, որոնք կարող են արագացնել աճը:

Այս տվյալները հակասում են այն մոդելներին, որտեղ սև խոռոչները դանդաղ են աճում ակրեցիոն սկավառակի միջոցով, ինչպես, օրինակ, HW2 աստղը Կեփեոս A համաստեղությունում (Astronomy & Astrophysics):

Աճի այլընտրանքային վարկածներ

Երևույթը բացատրելու համար գիտնականները առաջարկել են երեք սցենար.

1. Սև խոռոչների միաձուլում. Վաղ Տիեզերքի խիտ պայմաններում միջանկյալ զանգվածի սև խոռոչները (100–100,000 արեգակ) կարող էին արագ միաձուլվել՝ ձևավորելով գերծանր օբյեկտներ:
2. Գեր-Էդդինգտոնի ակրեցիա. Սև խոռոչները կլանել են նյութն ավելի արագ, քան Էդդինգտոնի տեսական սահմանը, հնարավոր է՝ էպիզոդիկ «բռնկումների» միջոցով, երբ խիտ գազային ամպերը ընկնում էին գալակտիկայի կենտրոն:
3. Հզոր շիթեր. Կվազարի կողմից արտանետվող ռելյատիվիստական նյութի հոսքերը կարող էին ուժեղացնել գազի ներհոսքը՝ արագացնելով սև խոռոչի աճը:

Յուրաքանչյուր վարկած պահանջում է ստուգում, քանի որ ոչ մեկը լիովին չի բացատրում, թե ինչպես են սև խոռոչները հասել նման զանգվածի Մեծ պայթյունից անմիջապես հետո:

Ինչու՞ է սա առեղծված

Սև խոռոչների ձևավորման ստանդարտ մոդելը ենթադրում է.

• Սկիզբ «սերմերից»՝ աստղային զանգվածի սև խոռոչներ (5–50 արեգակ), որոնք ձևավորվում են առաջին աստղերի (Բնակչություն III) պայթյունների ժամանակ՝ Մեծ պայթյունից մոտ 100 միլիոն տարի անց:
• Դանդաղ աճ ակրեցիայի միջոցով՝ մոտ 10% արդյունավետությամբ (մնացած էներգիան ճառագայթվում է):

Սակայն z≳6 կվազարները, ինչպիսին է J0100+2802-ը (12 միլիարդ արեգակի զանգված z=6.3-ով), պահանջում են կա՛մ աներևակայելի մեծ «սերմեր» (10,000 արեգակ), կա՛մ 100% արդյունավետությամբ ակրեցիա, ինչը ֆիզիկապես անհնար է: Կարճ ակտիվությունը (1000 տարի) այս սցենարներն էլ ավելի քիչ հավանական է դարձնում:

Ի՞նչ է հաջորդելու

Գիտնականները պլանավորում են.

• Օգտագործել Ջեյմս Ուեբբ աստղադիտակը z>10 կվազարներն ուսումնասիրելու համար՝ էլ ավելի վաղ սև խոռոչներ գտնելու նպատակով:
• Մոդելավորել գեր-Էդդինգտոնի ակրեցիան՝ հաշվի առնելով շիթերը, սուպերհաշվիչների օգնությամբ:
• Փնտրել սև խոռոչների միաձուլման հետքեր՝ գրավիտացիոն ալիքների միջոցով LIGO-ի և ապագա LISA աստղադիտարանի միջոցով:

Այս հետազոտությունները կարող են բացահայտել, թե արդյոք սև խոռոչների «սերմերն» ի սկզբանե մեծ էին, թե Տիեզերքն ուներ եզակի պայմաններ, որոնք արագացնում էին աճը:

Եզրակացություն

Վաղ Տիեզերքի կվազարներում գերծանր սև խոռոչները մարտահրավեր են նետում աստղաֆիզիկային՝ ցույց տալով, որ այդ օբյեկտների ձևավորման մեր մոդելներն հնացել են: Միաձուլումները, գեր-Էդդինգտոնի ակրեցիան կամ անհայտ մեխանիզմները կարող էին ստեղծել այս տիեզերական «էլեկտրակայանները» ընդամենը միլիոնավոր տարիների ընթացքում: Բացահայտումը ստիպում է վերանայել գալակտիկաների էվոլյուցիան և, հնարավոր է, ֆիզիկան ինքնին: