Dolgo je veljalo, da se supermasivne črne luknje razvijejo znotraj že oblikovanih galaksij. Nova opazovanja vesoljskega teleskopa James Webb pa kažejo, da bi lahko bil vrstni red v nekaterih primerih obraten.
Mednarodna raziskovalna skupina je odkrila enega najmočnejših dokazov doslej, da so nekatere supermasivne črne luknje v zgodnjem vesolju nastale še pred večino zvezd v svojih gostiteljskih galaksijah. Ugotovitve, objavljene v revijah Nature in Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, bi lahko pomembno spremenile razumevanje nastanka prvih galaksij.
“Soočamo se s premikom paradigme in temeljitim prevrednotenjem klasičnih teorij o nastanku in rasti črnih lukenj,” je dejal Roberto Maiolino z Univerze v Cambridgeu.
Objekt iz časa, ko je bilo vesolje staro le 700 milijonov let
Raziskovalci so podrobno preučevali objekt Abell2744-QSO1, eno od tako imenovanih “malih rdečih pik”, ki jih je v zadnjih letih odkril teleskop James Webb.
QSO1 je obstajal približno 700 milijonov let po velikem poku. Njegova svetloba je do Zemlje potovala več kot 13 milijard let.
Objekt je posebej zanimiv zaradi gravitacijskega lečenja galaksijske kopice Abell 2744, znane tudi kot Pandorina kopica, ki je njegovo svetlobo povečala in omogočila bistveno podrobnejša opazovanja.
Že prve analize so nakazovale, da se v njegovem središču skriva ogromna črna luknja. Zdaj so raziskovalci to prvič tudi neposredno potrdili.
Prva neposredna meritev mase črne luknje v zgodnjem vesolju
Ekipa je uporabila instrument NIRSpec na teleskopu James Webb in spremljala gibanje vodikovega plina okoli osrednjega objekta.
Analiza je pokazala popolno Keplerjevo gibanje, podobno tistemu, ki ga opazujemo pri planetih, ki krožijo okoli Sonca.
To je raziskovalcem omogočilo neposreden izračun mase črne luknje.
Rezultat je bil presenetljiv.
Črna luknja vsebuje približno 50 milijonov Sončevih mas in predstavlja najmanj dve tretjini celotne mase sistema QSO1.
V sodobnih galaksijah supermasivne črne luknje običajno predstavljajo le majhen delež skupne mase galaksije. Pri QSO1 je ta delež približno tisočkrat večji.
Skoraj brez zvezd
Dodatna analiza kemične sestave je pokazala še eno presenetljivo značilnost.
Plin okoli objekta je skoraj v celoti sestavljen iz vodika in helija. Težjih elementov, kot je kisik, ki nastajajo v zvezdah, je izjemno malo.
Metalnost sistema znaša manj kot pol odstotka Sončeve.
To kaže, da v sistemu ni bilo veliko generacij zvezd, ki bi lahko ustvarile težje elemente, kar pomeni, da je okolje ostalo skoraj nespremenjeno od zgodnjih obdobij vesolja.
Črna luknja pred galaksijo
Prav ta kombinacija velike mase črne luknje in pomanjkanja zvezd je raziskovalce pripeljala do ključnega sklepa.
“Zdi se, da smo našli črno luknjo brez velike gostiteljske galaksije, ki je nastala pred običajnimi zvezdnimi procesi,” je dejal Ignas Juodbalis z Univerze v Cambridgeu.
Po njegovih besedah gre za enega najmočnejših dokazov doslej za obstoj tako imenovanih črnih lukenj z neposrednim kolapsom oziroma zelo masivnih “semen” črnih lukenj, o katerih so fiziki doslej predvsem teoretizirali.
Če se bo razlaga potrdila tudi pri drugih podobnih objektih, bi to pomenilo, da so se nekatere supermasivne črne luknje rodile že ogromne in da so galaksije okoli njih začele nastajati šele pozneje.
Raziskovalci zdaj analizirajo še druge “male rdeče pike”, ki jih je odkril James Webb, da bi ugotovili, ali je bil QSO1 izjema ali pa je bil takšen razvoj v zgodnjem vesolju precej pogostejši, kot kažejo današnji modeli.
