प्रारंभीक सुपर-क्वासार काही तरुण आकाशगंगा इतक्या लवकर का बंद पडल्या, हे स्पष्ट करू शकतात

JWST ने उघड केलेल्या सर्वात मोठ्या प्रारंभिक-विश्व कोड्यांपैकी एकाचे संभाव्य उत्तर

James Webb Space Telescope मुळे खगोलशास्त्रज्ञांना प्रारंभीच्या विश्वात आकाशगंगा आणि कृष्णविवर किती वेगाने परिपक्व झाले, याचा पुन्हा विचार करावा लागला आहे. त्याने दाखवले की अनेक अतिप्राचीन आकाशगंगांमध्ये आधीच supermassive black hole होते, आणि Big Bang नंतर केवळ सुमारे 1 ते 2 अब्ज वर्षांनी अपेक्षेपेक्षा जास्त “red and dead” आकाशगंगा देखील आढळल्या आहेत. नवीन अभ्यास म्हणतो की हे दोन आश्चर्यकारक निष्कर्ष परस्परांशी घट्ट जोडलेले असू शकतात.

Nature मध्ये प्रकाशित संशोधनानुसार, प्राचीन तेजस्वी क्वासार अनेकदा अशा तीव्र galaxy-scale outflow निर्माण करत, जे नवीन तारे तयार करण्यासाठी आवश्यक असलेला थंड वायू बाहेर ढकलण्याइतके शक्तिशाली होते. हा यंत्रणा सामान्य असेल, तर cosmic history मध्ये काही आकाशगंगा इतक्या लवकर star formation का थांबवतात, हे समजावून सांगण्यास मदत होऊ शकते.

कल्पना अशी नाही की क्वासार फक्त वेगाने वृद्ध होत असलेल्या आकाशगंगांच्या शेजारी होते; तर त्यांनी त्या सक्रियपणे घडवल्या. जेव्हा supermassive black hole पदार्थ accrete करत असते, तेव्हा ते active galactic nucleus बनते. सर्वात ऊर्जावान उदाहरणे म्हणजे quasars, जे संपूर्ण आकाशगंगांपेक्षाही अधिक उजळू शकतात. नवीन काम सूचित करते की सुरुवातीच्या विश्वात ही वस्तू इतकी शक्तिशाली होती की त्यांनी त्यांच्या host galaxies अल्प कालावधीत quench केल्या असतील.

JWST मुळे हा प्रश्न तातडीचा का झाला

JWST येण्याआधी, आकाशगंगा उत्क्रांतीच्या पारंपरिक चित्रावर बिग बँगनंतर इतक्या लवकर मोठ्या संख्येने परिपक्व, quiescent आकाशगंगांचा विचार करण्याचा फारसा दबाव नव्हता. Webb च्या निरीक्षणांनी ते चित्र गुंतागुंतीचे केले. काही आकाशगंगा आश्चर्यकारकपणे लवकर star formation थांबवताना दिसतात, आणि अनेक प्राचीन प्रणालींमध्ये आकाशगंगा आणि कृष्णविवर दोन्ही वाढण्यासाठी उपलब्ध अल्प वेळ असूनही केंद्रात supermassive black hole असल्याचे दिसते.

या संयोजनामुळे खगोलभौतिकशास्त्रज्ञांना सुरुवातीच्या टप्प्यातच आकाशगंगा पुनर्रचित करू शकणारी जलद आणि प्रभावी यंत्रणा शोधावी लागली. quasar feedback हा long-standing simulation candidate असला, तरी नवीन अभ्यास चमकदार प्रारंभीच्या क्वासारांमध्ये extreme outflow ही अपवादात्मक गोष्ट नसून सामान्य असल्याचे सांगून त्या भूमिकेला बळकटी देतो.

मूळ मजकूर JWST ने शोधलेल्या प्राचीन “red and dead” JADES-GS-z7-01-QU या आकाशगंगेवर प्रकाश टाकतो, जिने तयार झाल्यानंतर लवकरच नवीन तारे निर्माण करणे थांबवले. अशा वस्तू आव्हानाचे प्रतीक बनल्या आहेत. मानक मॉडेल सहज भाकीत करेल त्याआधीच त्यांच्या star-forming fuel ला काहीतरी काढून टाकले किंवा तापवले असे दिसते.

क्वासार आकाशगंगा कशी बंद करू शकतो

तारा निर्मितीसाठी gravity अंतर्गत कोसळू शकणारा थंड हायड्रोजन वायू आवश्यक असतो. तो वायू गरम झाला, विस्कळीत झाला, किंवा बाहेर फेकला गेला, तर आकाशगंगेची star-making machinery मंदावते किंवा थांबते. नवीन संशोधन म्हणते की प्रारंभीच्या क्वासारांनी अनेकदा अरुंद jets पेक्षा विशाल galactic winds सारखे outflow तयार केले, ज्यामुळे पदार्थ host galaxy मधून बाहेर ढकलला जात होता.

या प्रक्रियेला quenching म्हटले जाते. नवीन तार्‍यांचा पुरवठा कमी होत गेल्यावर, आकाशगंगेतील लोकसंख्या अधिकाधिक जुने, थंड, लाल तारे यांच्या आधिपत्याखाली येते. काळाच्या ओघात ती JWST ला अनपेक्षित संख्येत दिसणाऱ्या रूपात बदलते: खूप तरुण विश्वात असूनही वृद्ध वाटणाऱ्या प्रणाली.

इथे मुख्य दावा frequency बद्दल आहे. क्वासार नेहमीच ऊर्जावान वस्तू म्हणून ओळखले गेले आहेत, पण नवीन काम सांगते की तेजस्वी प्रारंभीच्या उदाहरणांमध्ये शक्तिशाली, galaxy-wide outflow सामान्य होते. त्यामुळे JWST ने पाहिलेल्या quiescent galaxies च्या abundance साठी quasar feedback हे अधिक संभाव्य स्पष्टीकरण ठरते.

कृष्णविवरांना आकाशगंगा उत्क्रांतीचे चालक म्हणून नव्याने समजून घेणे

हे निष्कर्ष supermassive black holes आणि आकाशगंगा एकत्र कशा वाढतात, या व्यापक प्रश्नालाही स्पष्ट करतात. JWST चे सुरुवातीचे निष्कर्ष जवळचे नाते दाखवत होते, पण कारण आणि परिणाम यांची दिशा ठरवणे कठीण होते. जर शक्तिशाली क्वासार नियमितपणे star-forming gas बाहेर ढकलत असतील, तर कृष्णविवरांची क्रिया ही फक्त आकाशगंगा उत्क्रांतीची उपउत्पत्ती नव्हती. ती तिच्या कार्यकारी शक्तींपैकी एक होती.

हे वाढत्या या दृष्टिकोनाशी जुळते की active galactic nuclei आकाशगंगांच्या जीवनचक्राचे नियमन करू शकतात, वाढ कधी वेग घेते आणि कधी संपते हे ठरविण्यात मदत करून. सुरुवातीच्या विश्वात हा परिणाम नंतरच्या cosmic eras पेक्षा अधिक मजबूत असू शकतो, कारण क्वासार स्वतःच अधिक शक्तिशाली दिसतात.

Universe Today हे JWST च्या अनेक गोंधळात टाकणाऱ्या शोधांसाठी एक संभाव्य स्पष्टीकरण म्हणून मांडते. वेगाने तयार झालेल्या, अगदी सुरुवातीलाच मोठी कृष्णविवरे असलेल्या, आणि नंतर पटकन quench झालेल्या आकाशगंगांना हळू, अधिक सुव्यवस्थित वाढीच्या कथेत बसवणे कठीण आहे. quasar-driven outflow त्या संकुचित कालरेषेचा मार्ग देतात.

हे काय सोडवते आणि काय नाही

नवीन अभ्यास JWST ने उचललेल्या प्रत्येक कोड्याला संपवत नाही. सर्व प्राचीन आकाशगंगांमध्ये supermassive black hole दिसत नाहीत, आणि black-hole growth, gas inflow, आणि stellar shutdown यांमधील नेमका संबंध अजूनही सक्रिय संशोधनाचा विषय आहे. पण हे निष्कर्ष खगोलशास्त्रज्ञांना एक अधिक मजबूत भौतिक यंत्रणा देतात, जी स्पष्ट करू शकते की तरुण विश्वात इतक्या प्रणाली आधीच जुन्या का दिसतात.

हे महत्त्वाचे आहे, कारण galaxy evolution models अशाच कारणसंबंधांवर उभे असतात. जर प्रारंभीच्या क्वासारांचे feedback एकाच वेळी सामान्य आणि तीव्र असेल, तर simulation-ना पहिल्या मोठ्या आकाशगंगांच्या घडणीत black hole-driven outflow ला अधिक मोठी भूमिका द्यावी लागेल.

यामुळे सुरुवातीच्या विश्वाचे अधिक गतिमान चित्र दिसते. आकाशगंगा फक्त तारे जमवत हळूहळू आपले fuel संपवत नव्हत्या; काही त्यांच्या केंद्रातील कृष्णविवरांच्या क्रियेमुळे झपाट्याने बदलल्या असाव्यात. अशा वेळी, विश्वाला सर्वात तीव्रतेने उजळवणारी वस्तूच त्याच्या भविष्यातील star formation ला मंदावण्यासही जबाबदार असू शकते.

हिंसक प्रारंभीच्या उत्क्रांतीसाठी अधिक ठोस पुरावा

JWST ने एक गोष्ट स्पष्ट केली आहे: सुरुवातीचे विश्व अनेक खगोलशास्त्रज्ञांनी कल्पिल्याइतके साधे नव्हते. मोठ्या आकाशगंगा, परिपक्व stellar populations, आणि महाकाय कृष्णविवरे अपेक्षेपेक्षा लवकर आणि अधिक वेळा दिसतात. नवीन quasar study या यादीत फक्त आणखी एक विचित्रता जोडत नाही. ती अनेक निष्कर्षांना एकत्र बांधण्याचा मार्ग देते.

जर तेजस्वी प्रारंभीचे क्वासार अनेकदा galaxy-scale outflow सुरू करत असतील, तर JWST च्या “red and dead” आकाशगंगा म्हणजे विश्वाने नियम मोडले याचा पुरावा आहे, असे म्हणणे योग्य ठरणार नाही. त्या उलट, नियमांमध्ये पूर्वीच्या मॉडेल्सनी पूर्णपणे न पकडलेले, अधिक हिंसक, black hole-driven shutdown आधीपासूनच समाविष्ट होते याचा पुरावा असू शकतात.

त्यामुळे क्वासार दूरच्या विश्वातील केवळ नेत्रदीपक beacon राहत नाहीत. ते JWST आता पाहत असलेल्या पहिल्या परिपक्व आकाशगंगा कशा दिसू लागल्या, याचे प्रमुख शिल्पकार ठरतात.

हा लेख Universe Today च्या वार्तांकनावर आधारित आहे. मूळ लेख वाचा.