Gwiazda niczym czarna dziura. W młodym Wszechświecie odnaleziono nowy typ obiektu astrofizycznego

Odkąd w 2022 roku skanujący niebo w podczerwieni Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) po raz pierwszy zarejestrował obiekty określane jako „little red dots” – małe czerwone kropki – temat budzi zainteresowanie astronomów na całym świecie. Na oficjalne uznanie tych obiektów trzeba było zaczekać do marca 2024 roku. Należy podkreślić, że odnajdywane sygnały pochodzą od obiektów bardzo odległych w czasie. Małe czerwone kropki istniały między 0,6 a 1,6 miliarda lat po Wielkim Wybuchu, przy czym większość z nich pojawia się około 600 milionów lat po Wielkim Wybuchu.

Mała czerwona kropka

Odkryta przez astronomów z Massachusetts Institute of Technology (MIT) we współpracy z ekspertami m.in. z Austrii, Niemiec i Szwajcarii czerwona kropka została nazwana MoM-BH*-. Choć przypomina ona gigantyczną gwiazdę wielkości naszego Układu Słonecznego, to emituje miliardy razy więcej energii niż może wytworzyć jakakolwiek znana gwiazda. Emitowane ilości energii są w istocie bliższe temu, co może generować czarna dziura. Właśnie dlatego naukowcy nazwali MoM-BH*- „gwiazdą czarnej dziury”.

Zdaniem badaczy, którzy opisali swoje odkrycie na łamach prestiżowego „Nature”, obiekt jest prawdopodobnie niezwykle gęstym obłokiem gazu, zasilanym nie przez standardowe reakcje syntezy jądrowej, lecz przez znajdującą się w jego centrum czarną dziurę. – Sądzimy, że w centrum MoM-BH*- znajduje się czarna dziura o masie 100 tysięcy razy większej od masy Słońca. Wokół niej rozciąga się bardzo rozległa otoczka gazowa, która wygląda jak gwiazda wielkości Układu Słonecznego. Jest olbrzymia – skomentował główny autor pracy Rohan Naidu, stypendysta NASA Hubble Fellowship oraz Pappalardo Fellow w Kavli Institute for Astrophysics and Space Research MIT (MKI).

Gwiazda czarnej dziury

Jak przekonuje badacz ustalenie, czym dokładnie są te obiekty, stało się jednym z najgoręcej dyskutowanych zagadnień ery JWST. Naidu i jego współpracownicy wcale nie zamierzali znaleźć gwiazdy czarnej dziury. Poszukiwali najbardziej odległych i najwcześniejszych galaktyk w ramach przeglądu, który nazwali „Mirage or Miracle” (MoM), czyli „Miraż czy cud”. Zespół wykorzystał JWST, aby zajrzeć w głębiny kosmosu, do czasów, gdy Wszechświat liczył zaledwie kilkaset milionów lat. Celem było odnalezienie galaktyk, które rzeczywiście powstały w tak wczesnym okresie.

Kiedy naukowcy przeglądali zdjęcia JWST w poszukiwaniu intrygujących źródeł, które mogliby objąć badaniem, zauważyli obiekt wyróżniający się spośród pozostałych: bardzo czerwony i bardzo jasny punkt. Aby ustalić, czym może być, zespół przeprowadził symulacje różnych scenariuszy. Naukowcy chcieli sprawdzić, jaka kombinacja właściwości astrofizycznych mogłaby nadać temu obiektowi jego charakterystyczny kolor.

Punkt spowity kokonem z wodoru

– Zaczęliśmy się zastanawiać: czy można uzyskać coś aż tak czerwonego, wykorzystując wyłącznie wodór, bez żadnego pyłu? Ku naszemu zaskoczeniu okazało się, że można, jeżeli mamy do czynienia z niezwykle gęstą warstwą wodoru – tak gęstą, że bardziej przypomina powierzchnię olbrzymiej gwiazdy niż rozrzedzoną mgławicę międzygwiazdową – mówi Robert Simcoe, współautor odkrycia.

Symulacje wskazały, że czerwony punkt może być potężnym, spowitym materią źródłem energii, otoczonym niezwykle gęstym kokonem wodoru. Jednak obiekt ten jest wyjątkowo jasny, 100 miliardów razy jaśniejszy niż gwiazda. – Oznacza to, że obiekt nie może być zasilany przez syntezę jądrową, która jest źródłem energii znajdującym się w sercu wszystkich znanych nam gwiazd – wyjaśnia Naidu.

Czarne dziury regularnie wytwarzają jednak energię na skalę zaobserwowaną przez zespół. Naidu i jego współpracownicy uwzględnili więc w symulacjach otoczonej wodorowym kokonem gwiazdy aktywną czarną dziurę pochłaniającą materię. Zmieniali masę czarnej dziury oraz inne parametry modelu. Następnie porównali jasność powstałej w symulacji „gwiazdy czarnej dziury” z jasnością czerwonego punktu zarejestrowaną przez JWST. Bazując na symulacjach stworzyli model najlepiej odpowiadający obserwacjom. Doszli do wniosku, że najbardziej prawdopodobnym wyjaśnieniem natury czerwonego punktu jest właśnie gwiazda czarnej dziury.

Źródło: MIT

Nasza autorka

Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka

Dziennikarka i pisarka zajmującą się tematyką popularnonaukową, głównie kosmosem. Absolwentka Uniwersytetu Warszawskiego, przygodę z mediami rozpoczęła ponad 20 lat temu w redakcji „Życia Warszawy”. Poza pisaniem o polskiej i światowej nauce na łamach „National Geographic” współpracuje m.in. z „Wysokimi Obcasami” i kilkoma magazynami premium. Współautorka trzech bestsellerowych książek: „Człowiek – istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”. Ambasadorka Śląskiego Festiwalu Nauki. Pracuje w Centrum Badań Kosmicznych PAN i współpracuje z polskim Obserwatorium Cerro Murphy w Chile (OCM), którym zarządza CAMK PAN.