Galaksija z dvema obrazoma: kaj razkriva Virgil iz zgodnjega vesolja

Astronomi so s pomočjo vesoljskega teleskopa James Webb (JWST) zaznali galaksijo iz zelo zgodnjega obdobja vesolja, ki se danes kaže kot ena bolj presenetljivih ugank sodobne kozmologije. Objekt z imenom Virgil so opazovali takšnega, kakršen je bil približno 800 milijonov let po velikem poku – v času, ko so se prve galaksije šele oblikovale, črne luknje pa naj bi po dosedanjih teorijah še rasle počasi in postopno.

Nova analiza, ki prihaja z Univerze v Arizoni, pa kaže, da je bila ta predstava morda bistveno poenostavljena.

V vidni in ultravijolični svetlobi se Virgil ne razlikuje bistveno od drugih mladih galaksij: deluje umirjeno, brez znakov izjemne aktivnosti. V infrardečem spektru pa se slika povsem spremeni. Takrat se razkrije energijsko izjemno aktiven objekt, v središču katerega deluje supermasivna črna luknja, zavita v debele plasti kozmičnega prahu.

Raziskavo sta vodila astronoma George Rieke in Pierluigi Rinaldi, ki sta delo začela na Steward Observatory Univerze v Arizoni, danes pa delujeta na Inštitutu za vesoljski teleskop. Njune ugotovitve so bile objavljene v znanstveni reviji The Astrophysical Journal. Kot poudarjata, je masa črne luknje v središču Virgila nesorazmerno velika glede na maso gostiteljske galaksije, kar jo uvršča med t. i. premasivne črne luknje.

Takšna razmerja predstavljajo resen izziv uveljavljenim modelom skupne rasti galaksij in črnih lukenj.

Kako je JWST spremenil razumevanje zgodnjega vesolja

Pred prihodom JWST je prevladovalo prepričanje, da so se najprej oblikovale galaksije, znotraj njih pa so črne luknje postopoma pridobivale maso. Nova opazovanja, ki jih omogoča Webb, kažejo drugačno sliko. Po besedah Riekeja so črne luknje v nekaterih primerih očitno rasle hitreje kot njihove galaksije, kar pomeni, da so v zgodnjem vesolju igrale aktivnejšo vlogo, kot smo domnevali.

Virgil spada v razred skrivnostnih objektov, ki jih astronomi imenujejo majhne rdeče pike (LRD – Little Red Dots). Gre za izjemno kompaktne in zelo rdeče vire, ki jih je JWST začel množično odkrivati v obdobju približno 600 milijonov let po velikem poku, nato pa iz opazovanj skoraj izginejo okoli 1,5 milijarde let kasneje.

Virgil je med njimi najbolj ekstremen primer – najbolj rdeč in energijsko najizrazitejši.

Ključna vloga infrardečih opazovanj

Prava narava Virgila se je razkrila šele z uporabo instrumenta MIRI (Mid-Infrared Instrument), ki deluje v srednjem infrardečem območju. Ta instrument je eden ključnih prispevkov k JWST, pri njegovem razvoju pa je imela pomembno vlogo tudi Univerza v Arizoni; Rieke je vodja znanstvene ekipe MIRI.

Če bi astronomi razpolagali zgolj s podatki instrumentov NIRCam in NIRSpec, ki pokrivata bližnje infrardeče in optične valovne dolžine, bi Virgil uvrstili med povsem običajne galaksije z nastajanjem zvezd. MIRI pa omogoča vpogled v spekter, kjer se razkrijejo pojavi, zakriti s prahom – in prav tam se pokaže izjemno aktivno jedro.

Kot je slikovito dejal Rieke, ima Virgil „dve osebnosti“: ena je umirjena in zvezdna, druga pa razkriva močno zakrito črno luknjo, ki oddaja ogromne količine energije.

Posledice za kozmično zgodovino

Ugotovitve imajo širše posledice. Velik del dosedanjih globokih opazovanj JWST temelji na dolgih osvetlitvah z NIRCam, medtem ko so opazovanja z MIRI pogosto krajša, saj zahtevajo bistveno več časa. To odpira možnost, da v zgodnjem vesolju obstaja skrita populacija prahu zakritih črnih lukenj, ki jih trenutni podatki še ne razkrivajo v celoti.

Po mnenju raziskovalcev bi takšni objekti lahko pomembno prispevali celo k procesu reionizacije vesolja, ko se je kozmična megla prvič razpršila in je vesolje postalo prosojno za svetlobo – okoli 100 do 200 milijonov let po velikem poku.

Zakaj doslej ni bilo zaznanih več objektov, podobnih Virgilu, ostaja odprto vprašanje. Rinaldi opozarja, da gre morda za posledico omejitev opazovalnih kampanj in ne za resnično redkost takšnih pojavov. Prihodnja poglobljena opazovanja z MIRI naj bi pokazala, ali je Virgil osamljen primer ali zgolj najbolj viden predstavnik širšega, še neodkritega razreda objektov.

Kot dodaja Rinaldi, bo JWST svojo zgodbo o zgodnjem vesolju razkrival postopoma – plast za plastjo – in Virgil je morda šele začetek tega razkritja.

Miha D. Kovač

Foto: ESA/Webb, NASA & CSA, G. Östlin, PG Perez-Gonzalez, J. Melinder, sodelovanje JADES, M. Zamani (ESA/Webb)