Czy zarejestrowane przez teleskop Webba tzw. Małe Czerwone Kropki są najwcześniejszymi czarnymi dziurami?
Kosmiczne oko ludzkości, czyli badający wszechświat w podczerwieni Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, zajrzał w przeszłość, do tzw. epoki rejonizacji. Zaobserwował tam „Małe Czerwone Kropki”, powstałe około 600 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Czy obiekty te mogą być pierwotnymi czarnymi dziurami, zalążkami współczesnych galaktyk?
Spis treści:
Czym mogą być Little Red Dots (Małe Czerwone Kropki, LRD), których ślady odkryło potężne oko wyniesionego 25 grudnia 2021 roku Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba? Jak dowiedzieć się, w jaki sposób wiązały się z rozwojem Wszechświata aż do momentu, w którym jesteśmy? Astronomowie z Uniwersytetu w Cambridge opublikowali właśnie artykuł, w którym przedstawiają analizy jednej z takim Małych Czerwonych Kropek. Konkretnie QSO1.
Małe czerwone kropki
Zacznijmy od tego, że LRD są niewielkimi punkcikami o skrajnie przesuniętym ku czerwieni widmie. Pochodzą z tzw. epoki rejonizacji, czyli trwającego miliard lat procesu, w którym światło z pierwszych gwiazd i galaktyk rozwiewało gazy wypełniające wczesny Wszechświat, tym samym umożliwiając światłu swobodny przepływ.
Ten wczesny okres jest wyjątkowo tajemniczy. A chociaż naukowcy mają kilka hipotez wyjaśniających, w jaki sposób pierwsze gwiazdy, galaktyki i czarne dziury wyłoniły się z pierwotnej ciemności, sprawdzenie tego poprzez obserwacje nie jest proste. Przede wszystkim dlatego, że światło pochodzące z tych najwcześniejszych obiektów zostało rozciągnięte w kierunku czerwonego krańca widma elektromagnetycznego, czyli przesunięte ku czerwieni, dzięki nieustannie trwającej ekspansji Wszechświata. Na szczęście JWST został zaprojektowany do obserwacji światła w tych długościach fal, co czyni go najlepszym narzędziem, jakim dysponujemy, próbując zrozumieć, jak wszystko się zaczęło.
Czy LRD to pierwotne czarne dziury?
W opisywanym artykule opublikowanym na łamach serwisu preprintów Arxiv, Ignas Juodžbalis z Uniwersytetu Cambridge w Wielkiej Brytanii oraz jego grupa badawcza rozważa, czy LRD mogą być tzw. pierwotnymi czarnymi dziurami, zalążkami galaktyk. Co ciekawe, w przypadku obserwacji LRD QSO1 siła JWST została wzmocniona przez sam Wszechświat. Wszystko dlatego, że pomiędzy LRD a nami znajduje się masywna gromada galaktyk, która zakrzywia czasoprzestrzeń, tym samym wzmacniając światło pochodzące z omawianej LRD.
Dzięki temu astronomowie mogli zbadać szczegóły tej odległej kropki, w tym obliczyć krzywą rotacji LRD – która w przypadku galaktyk ujawnia ich masy, a także masy czarnych dziur w ich centrach. Wyniki badaczy pokazują, że krzywa rotacji QSO1 jest dokładnie zgodna z galaktyką rotującą wokół masy około 50 milionów mas Słońca. A ta interpretacja pasuje również do szacunków masy czarnej dziury uzyskanych za pomocą innej metody.
Wygląda na to, że galaktyka wokół opisywanej czarnej dziury jest wyjątkowo mała. Można wręcz stwierdzić, że masywna czarna dziura jest naga, pozbawiona galaktycznej otoczki. Tym samym może być wskazówką mówiącą, jak galaktyki formowały się we wczesnym Wszechświecie, sugerując, że czarne dziury pojawiły się najpierw, a galaktyki zgromadziły się wokół nich.
– Jedyne scenariusze zdolne wyjaśnić taki układ, to te odwołujące się do „ciężkich zarodków”, takich jak czarne dziury powstałe w wyniku bezpośredniego kolapsu (DCBH, powstałe w wyniku bezpośredniego kolapsu masywnych, dziewiczych obłoków) lub pierwotne czarne dziury (PBH, powstałe w pierwszej sekundzie po Wielkim Wybuchu) – napisali badacze w swoim artykule.
Masa galaktyki i czarnej dziury
– Pierwotne czarne dziury stanowią racjonalne wyjaśnienie problemu powstawania galaktyk takich, jakimi je teraz widzimy. Ta hipoteza dobrze spełniały swoją rolę. Z drugiej strony, moi koledzy i koleżanki z Cambridge odkryli coś, co niejako stanowi rysę na tej hipotezie. Do teraz sądziliśmy, że te pierwotne czarne dziury nie mogły być zbyt masywne, ponieważ rosnąc do dziś osiągnęłyby gargantuiczną masę – komentuje prof. Łukasz Wyrzykowski, astronom związany z Obserwatorium Astronomicznym Uniwersytetu Warszawskiego i Narodowym Centrum Badań Jądrowych, a wcześniej pracujący przez wiele lat na Uniwersytecie w Cambridge.
Polski naukowiec podkreśla, że dane przedstawione przez grupę Ignasa Juodžbalisa stanowią fascynujące odkrycie. – Przede wszystkim pokazują nam, jak niesamowite możliwości ma JWST. Pozwala nam zajrzeć w bardzo wczesny Wszechświat i zbadać bardzo słabe obiekty, dotychczas niewidoczne. Opisywany obiekt jest bardzo ciekawy ze względu na swoją masę względem masy galaktyki. We współczesnych galaktykach masa centralnej supermasywnej czarnej dziury to zwykle około 1% masy galaktyki. A w przypadku LRD QSO1 supermasywna czarna dziura jest niemal całą masą galaktyki. Podobnie jak w masa Układu Słonecznego to w 99,8 procentach masa samego Słońca – podsumowuje naukowiec. Dane wymagają dalszej analizy.
Źródło: ArXiv
Nasza autorka
Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka
Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Pisze przede wszystkim o eksploracji kosmosu, astronomii i historii. Związana z Centrum Badań Kosmicznych PAN oraz magazynami portali Gazeta.pl i Wp.pl. Ambasadorka Śląskiego Festiwalu Nauki. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.