Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) zaskakuje po raz kolejny (choć prawdę mówiąc, zaskoczeniem byłoby, gdyby nie zaskakiwał). Naukowcy z Uniwersytetu Ben-Guriona w Negewie odkryli za jego pomocą czerwoną czarną dziurę. Na pierwszy rzut oka brzmi to abstrakcyjnie, bowiem czarna dziura nie może mieć innej barwy.
Tutaj należy się wyjaśnienie. Co do zasady nigdy nie obserwujemy jedynie czarnej dziury, a raczej wnioskujemy o jej obecności z zachowania materii znajdującej się w jej otoczeniu. W tym konkretnym przypadku mówimy o supermasywnej czarnej dziurze znajdującej się w bardzo wczesnym wszechświecie. Co więcej, obiekt ten widzimy tylko dzięki temu, że jest on soczewkowany grawitacyjnie przez inny masywny obiekt znajdujący się dokładnie między nim a Ziemią. Nietypowa czerwona barwa czarnej dziury wynika najprawdopodobniej z tego, że jest on skryty za grubą i gęstą zasłoną pyłu przesłaniającą jasną materię znajdującą się w bezpośrednim otoczeniu czarnej dziury.
Mimo tego naukowcy zdołali zmierzyć masę czarnej dziury. Wynik tego pomiaru także okazał się zaskoczeniem, bowiem okazało się, że stosunek masy czarnej dziury do masy całej galaktyki jest znacznie wyższy niż w innych obserwowanych dotąd galaktykach.
Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba od dwóch lat regularnie dostarcza zdumiewających danych o wczesnym wszechświecie. Jego 6,5-metrowe pozłacane zwierciadło bezustannie wykrywa bardzo odległe galaktyki, które wcześniej znajdowały się całkowicie poza naszym zasięgiem.
W trakcie opisywanych tutaj obserwacji prowadzonych w ramach programu UNCOVER astronomowie odkryli nietypowy obiekt, który na pierwszy rzut oka wyglądał jak soczewkowany kwazar ze wczesnego wszechświata, czyli aktywne jądro galaktyczne, w którego sercu znajduje się supermasywna czarna dziura aktywnie pochłaniająca materię ze swojego otoczenia.
Obiekt ten został zniekształcony i powiększony przez gromadę galaktyk Abell 2744, która była celem obserwacji. Z uwagi na ogromną masę, gromada w tym przypadku działa jako gigantyczna soczewka grawitacyjna powiększająca obiekty znajdujące się daleko za nią.
„Byliśmy bardzo podekscytowani, gdy JWST zaczął wysyłać swoje pierwsze dane. Skanowaliśmy dane, które nadeszły w ramach programu UNCOVER i naszym oczom ukazały się trzy bardzo kompaktowe, ale czerwono lśniące obiekty” – mówi dr Lukas Furtak, doktor habilitowany badacz w BGU i główny autor artykułu opublikowanego w periodyku Nature.
Badacze nimal natychmiast rozpoczęli dokładniejszą analizę odkrytego obiektu. Dopiero numeryczne modele soczewkowania pozwoliły ustalić, że trzy czerwone kropki znalezione w gromadzie Abell 2744 to w rzeczywistości trzy obrazy tego samego źródła, które widzimy takim, jakie było gdy wszechświat miał zaledwie 700 milionów lat.
Wstępna analiza pozwoliła ustalić, że owym źródłem nie jest galaktyka gwiazdotwórcza. Alternatywą pozostała zatem supermasywna czarna dziura. To było intrygujące odkrycie, bowiem obiekt ten różni się od innych kwazarów odkrywanych w tej odległości od Ziemi. Z tego też powodu naukowcy postanowili przyjrzeć się obiektowi za pomocą instrumentu NIRSpec. Połączenie wszystkich trzech obrazów oraz powiększenie za pomocą soczewki pozwoliło naukowcom uzyskać widmo równoważne 1700 godzinom obserwacji za pomocą JWST bez soczewki. Jest to zatem najdokładniejsze widmo, jakie teleskop Jamesa Webba wykonał dla pojedynczego obiektu we wczesnym wszechświecie.
„Korzystając z widm, udało nam się nie tylko potwierdzić, że czerwony zwarty obiekt jest supermasywną czarną dziurą i zmierzyć jego dokładne przesunięcie ku czerwieni, ale także uzyskać rzetelne oszacowanie jego masy na podstawie szerokości linii emisyjnych” – mówi główny autor dr. Furtak. „Gaz krąży w polu grawitacyjnym czarnej dziury i osiąga bardzo duże prędkości, niespotykane w innych częściach galaktyk. Ze względu na przesunięcie Dopplera światło emitowane przez akreującą materię jest przesunięte w stronę czerwieni z jednej strony i w kierunku niebieskiego po drugiej stronie, zgodnie z jego prędkością. To powoduje, że linie emisyjne w widmie stają się szersze.
Pomiary przyniosły jednak kolejną niespodziankę: masa czarnej dziury wydaje się być zbyt wysoka w porównaniu z masą galaktyki macierzystej.
Astronomowie nie wiedzą, czy takie supermasywne czarne dziury powstają na przykład z pozostałości gwiazd, czy może z materiału, który bezpośrednio zapadł się w czarne dziury we wczesnym Wszechświecie. Naukowcy przyznają zatem, że jak na razie nie są w stanie ustalić, co tak naprawdę powstaje jako pierwsze: galaktyki czy czarne dziury. Im więcej czerwonych kropek jednak będziemy odkrywali w nadchodzących latach, tym bardziej będziemy przybliżali się do odpowiedzi na to pytanie.
Źródło: 1