Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) obserwował światło gwiazd otaczających niektóre z byłych supermasywnych czarnych dziur we wszechświecie – czarne dziury widziane niecały miliard lat po Wielkim Wybuchu.
Obserwacje zespołu z Massachusetts Institute of Technology (MIT) odpowiadają na pytanie, w jaki sposób te kosmiczne giganty w jądrach galaktyk rosną do ogromnych mas odpowiadających milionom (czasem miliardom) słońc. A dokładniej, jak to się stało, że tak szybko urósł? Wyniki mogą również odpowiedzieć na zagadkę: co było pierwsze, galaktyka czy supermasywna czarna dziura?
Supermasywne czarne dziury obserwowane przez zespół MIT w sposób nienasycony żywią się otaczającą je materią, generując ogromne siły pływowe w dysku materii zwanym dyskiem akrecyjnym, powodując świecenie samego dysku. Ten stan zasilania zasila obiekty zwane kwazarami, które znajdują się w sercach aktywnych galaktyk. Kwazary to jedne z najjaśniejszych obiektów we wszechświecie, a niektóre są tak jasne, że przyćmiewają połączone światło wszystkich gwiazd w otaczających je galaktykach.
Supermasywne czarne dziury również są owiane tajemnicą, zwłaszcza gdy ogląda się je miliard lat przed historią Wszechświata trwającą 13,8 miliarda lat. Dzieje się tak dlatego, że proces ciągłego łączenia się czarnych dziur, który według naukowców rośnie z czasem, musi zająć kilka miliardów lat. Jak więc te gigantyczne puste przestrzenie mogły istnieć zaledwie około miliarda lat po Wielkim Wybuchu?
Cóż, jedna z sugestii jest taka, że miały przewagę, tworząc się z tak zwanych czarnych dziur z „ciężkimi nasionami”.
Powiązany: Nowy widok supermasywnej czarnej dziury w sercu Drogi Mlecznej wskazuje na ekscytującą ukrytą cechę
Wykorzystując Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba do obserwacji słabego światła pochodzącego od gwiazd w galaktykach, w których znajduje się sześć starożytnych kwazarów, zespół MIT po raz pierwszy zebrał dowody na to, że supermasywne czarne dziury we wczesnym Wszechświecie w rzeczywistości wyrosły z ciężkich nasion.
„Te czarne dziury są miliardy razy masywniejsze od Słońca, a wszechświat jest wciąż w powijakach” – powiedziała Anna-Christina Ehlers, członkini zespołu i adiunkt fizyki w MIT. – stwierdził w oświadczeniu. „Nasze wyniki sugerują, że we wczesnym Wszechświecie supermasywne czarne dziury mogły zyskać masę wcześniej niż ich galaktyki macierzyste, a pierwotne nasiona czarnych dziur mogły być masywniejsze niż obecnie”.
Co było pierwsze? Czarna dziura czy jej galaktyka?
Początkowo sądzono, że intensywna jasność kwazarów, odkrytych w latach 60. XX wieku, wynika z pojedynczego punktu przypominającego gwiazdę. Dało to początek nazwie „kwazar”, która jest tłumaczeniem terminu „kwazar” obiektu. Jednak badacze wkrótce odkryli, że kwazary w rzeczywistości powstają w wyniku nagromadzenia ogromnych ilości materii w supermasywnych czarnych dziurach znajdujących się w jądrach galaktyk.
Jednak obiekty te są również otoczone gwiazdami, które są znacznie słabsze i trudniejsze do obserwacji. Dzieje się tak, ponieważ światło gwiazd jest rozmyte przez jaśniejsze światło kwazara, wokół którego krąży gwiazda. Zatem oddzielenie światła kwazarów i światła otaczających gwiazd nie jest łatwe, to jakby zobaczyć światło świetlików siedzących na latarni morskiej oddalonej o około milę.
Jednakże zdolność Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba do cofania się w czasie dalej niż jakikolwiek poprzedni teleskop, w połączeniu z jego wysoką czułością i rozdzielczością, sprawiły, że to wyzwanie było mniej zniechęcające. W ten sposób zespół MIT był w stanie obserwować światło podróżujące do Ziemi około 13 miliardów lat temu z sześciu kwazarów w starożytnych galaktykach.
„Kwazar przyćmiewa galaktykę macierzystą o wiele rzędów wielkości. Poprzednie zdjęcia nie były wystarczająco ostre, aby dostrzec kształt galaktyki macierzystej wraz ze wszystkimi jej gwiazdami” – powiedział członek zespołu Minghao Yu, doktorant w Kavli Institute for Astrophysics and Space na MIT Badania. Powiedział. „Teraz po raz pierwszy jesteśmy w stanie wykryć światło tych gwiazd, starannie tworząc najostrzejsze obrazy tych kwazarów w JWST”.
Dane JWST obejmowały pomiary emisji światła każdego z sześciu kwazarów w pewnym zakresie długości fal. Informacje te wprowadzono następnie do modelu komputerowego, który szczegółowo określał, ile tego światła można przypisać zwartemu źródłu punktowemu – dyskowi akrecyjnemu wokół czarnej dziury – a ile można przypisać źródłu bardziej rozproszonemu – gwiazdom rozproszonym po galaktyce. .
Dzieląc światło na dwa źródła, zespół był także w stanie wywnioskować masy obu pierwiastków w tych galaktykach. Ujawniło to, że supermasywne czarne dziury mają masy odpowiadające około 10% masy otaczających je gwiazd.
Chociaż może się to wydawać ogromną nierównowagą na korzyść gwiazd, zastanów się, jak centralne supermasywne czarne dziury we współczesnych galaktykach mają masę zaledwie 0,1% masy gwiazd w otaczających je galaktykach.
„To mówi nam coś o tym, co rośnie najpierw: czy najpierw rośnie czarna dziura, a za nią podąża galaktyka? A może galaktyka i jej gwiazdy rosną pierwsze, dominując i regulując rozwój czarnej dziury?” – stwierdził Ehlers. „Widzimy, że czarne dziury we wczesnym Wszechświecie wydają się rosnąć szybciej niż ich galaktyki macierzyste.
„To wstępny dowód na to, że pierwotne nasiona czarnej dziury mogły być wówczas znacznie większe”.
„Po pojawieniu się wszechświata istniały pierwotne czarne dziury, które następnie pochłonęły materię i rosły w bardzo krótkim czasie. Jednym z najważniejszych pytań jest zrozumienie, w jaki sposób te gigantyczne czarne dziury mogły urosnąć tak duże i tak szybko” – podsumował Yu. „Musi istnieć jakiś mechanizm, który sprawi, że czarna dziura w ciągu pierwszego miliarda lat uzyska masę wcześniej niż jej galaktyka macierzysta.
„To pierwszy dowód na to, co widzimy, co jest ekscytujące”.
Wyniki zespołu publikowane są w Dziennik astrofizyczny .
