Webb zaznamenal rychle rostoucí černou díru v raném vesmíru

Vědci pomocí kosmického dalekohledu Jamese Webba, který je společným projektem americké NASA, evropské ESA a kanadské CSA, potvrdili existenci aktivně rostoucí supermasivní černé díry v galaxii pouhých 570 milionů let po velkém třesku. CANUCS-LRD-z8.6, která patří do skupiny malých, velmi vzdálených galaxií, které astronomům dosud zůstávaly záhadou, představuje důležitý kousek skládačky, který zpochybňuje dosavadní teorie o vzniku galaxií a černých děr v raném vesmíru. Tento objev možná spojuje rané černé díry se zářivými kvazary, které pozorujeme dnes.

Během prvních tří let průzkumu raného vesmíru pomocí Webbova teleskopu byl odhalen rostoucí počet malých, extrémně vzdálených a nápadně červených objektů zvaných „malé červené tečky“ (LRD = Little Red Dots). Vědci se dohadují, co by mohly představovat.

Přiklánějí se například k teorii, že jde o prvotní (primordiální) galaxie s aktivními galaktickými jádry tvořenými supermasivními černými děrami. Aby to však nebylo tak jednoduché. Tyto případné aktivní galaxie se netváří podobně, jako jiné galaxie s aktivními jádry nebo jiné supermasivní černé díry a také je otázkou, zda by vůbec mohly vzniknout tak brzy po Velkém třesku.

Vědecká přehlídka CANUCS (The Canadian NIRISS Unbiased Cluster Survey) se zaměřila na méně hmotné galaxie ve velmi vzdáleném kosmu pozorovatelné JWST díky gravitačnímu čočkování ve velmi raném vesmíru. Objev velmi vzdáleného objektu CANUCS-LRD-z8.6, pomohl v hledání odpovědí na otázky existence takových objektů. Webbův spektrograf v blízké infračervené oblasti (NIRSpec) umožnil vědcům pozorovat slabé světlo z této vzdálené galaxie a detekovat klíčové spektrální vlastnosti, které poukazují na přítomnost akrečního disku černé díry.

Roberta Tripodi, hlavní autorka studie a výzkumnice na Univerzitě v Lublani, FMF, ve Slovinsku, a INAF - Osservatorio Astronomico di Roma v Itálii, vysvětlila: „Tento objev je opravdu pozoruhodný. Pozorovali jsme galaxii, která vznikla méně než 600 milionů let po velkém třesku, a nejenže v ní existuje supermasivní černá díra, ale tato černá díra také rychle roste – mnohem rychleji, než bychom v takové galaxii v tak raném stadiu očekávali. To zpochybňuje naše chápání vzniku černých děr a galaxií v raném vesmíru a otevírá nové možnosti výzkumu toho, jak tyto objekty vznikly.“

Tým analyzoval spektrum galaxie, což pomohlo odhalit energetickým zářením vysoce ionizovaný plyn, který se rychle otáčí kolem centrálního zdroje. Tyto vlastnosti jsou klíčovými charakteristikami akreční supermasivní černé díry. Přesné spektrální údaje umožnily odhadnout hmotnost černé díry, která se ukázala být neobvykle velká pro tak rané stadium vesmíru, a ukázaly, že CANUCS-LRD-z8.6 je kompaktní a dosud nevytvořila mnoho těžkých prvků – jedná se o galaxii v raném stadiu vývoje. Tato kombinace z ní činí zajímavý předmět studia.

Spektroskopická měření pomocí JWST navíc umožnila týmu změřit, kolik energie je emitováno v různých vlnových délkách, z čehož byli schopni charakterizovat fyzikální vlastnosti galaxie. To jim umožnilo určit hmotnost hvězd galaxie a porovnat ji s hmotností černé díry. „Data, která jsme obdrželi, byla naprosto zásadní,“ dodal Dr. Nicholas Martis, spolupracovník z Univerzity v Lublani, FMF, který pomáhal analyzovat spektrum zdroje. „Spektrální vlastnosti odhalené Webbovým teleskopem poskytly jasné známky akrečního disku černé díry v centru galaxie, což nebylo možné pozorovat pomocí předchozí technologie. Ještě zajímavější je, že černá díra galaxie je ve srovnání s hmotností hvězd nadměrně masivní. To naznačuje, že černé díry v raném vesmíru mohly růst mnohem rychleji než galaxie, ve kterých se nacházejí.“

Astronomové již dříve pozorovali, že hmotnost supermasivní černé díry a její hostitelské galaxie spolu souvisí: čím více galaxie roste, tím větší je také její centrální černá díra. CANUCS-LRD-z8.6 je nejhmotnější hostitelská galaxie známá v tak raném období, ale její centrální černá díra je ještě hmotnější, než bychom podle výše uvedeného vztahu očekávali. Výsledek naznačuje, že černé díry se mohly tvořit a začít růst zrychleným tempem v raném vesmíru, a to i v relativně malých galaxiích.

„Tento objev je vzrušujícím krokem k pochopení vzniku prvních supermasivních černých děr ve vesmíru,“ vysvětlila prof. Maruša Bradač, vedoucí skupiny na Univerzitě v Lublani, FMF. „Nečekaný rychlý růst černé díry v této galaxii vyvolává otázky o procesech, které umožnily vznik tak masivních objektů v tak rané fázi. Jak pokračujeme v analýze dat, doufáme, že najdeme další galaxie podobné CANUCS-LRD-z8.6, které by nám mohly poskytnout ještě větší vhled do původu černých děr a galaxií.“

Tým již plánuje další pozorování pomocí sítě radioteleskopů v Chile ALMA (Atacama Large Millimetre/submillimetre Array) a dalekohledu Jamese Webba, aby dále studoval chladný plyn a prach v galaxii a upřesnil své poznatky o vlastnostech černé díry. Probíhající výzkum této LRD galaxie má odpovědět na zásadní otázky o raném vesmíru, včetně toho, jak se černé díry a galaxie společně vyvíjely v prvních miliardách let kosmické historie.

Astronomové na příkladu této galaxie dokumentují, jaký význam mají přístroje, jako je JWST ve výzkumu raného vesmíru a věří, že to povede k pochopení, jak tyto supermasivní černé díry dále rostly, až daly vznik zářivým kvasarům.

Zdroje a doporučené odkazy:
[1] esawebb.org