Objekat koji vreba u maglovitoj zori Univerzuma priredio je veliko iznenađenje astronomima.
Posmatranja prikupljena svemirskim teleskopom Džejms Veb otkrila su aktivnu supermasivnu crnu rupu koja je 9 miliona puta veća od mase Sunca – ona koja aktivno raste dok guta materiju iz prostora oko sebe.
Otprilike 570 miliona godina nakon Velikog praska, ovo je do sada otkrivena najranija rastuća supermasivna crna rupa, iako se naučnici nadaju da neće dugo ostati rekorder.
Crna rupa je pronađena unutar jedne od najranijih galaksija ikada otkrivenih, ranije poznate kao EGSI8p7 i od tada preimenovane u CEERS 1019. Njeno otkriće moglo bi da pomogne u jednom od najvećih problema ranog Univerzuma: kako su crne rupe u kosmičkoj zori rasle do tako velikih razmera za tako kratko vreme.
Rad sa detaljima o otkriću koje je predvodila astrofizičarka Rebeka Larson sa Univerziteta Teksas u Ostinu pojavljuje se u specijalnom izdanju časopisa The Astrophisical Journal.
„Pronašli smo najudaljenije aktivno galaktičko jezgro (AGN) i najudaljeniju, najraniju crnu rupu koju smo ikada pronašli“, rekao je Larson za ScienceAlert.
Larson je u početku posmatrala CEERS 1019 kao deo svog rada na istraživanju svetlosti proizvedene formiranjem zvezda u vrlo ranom Univerzumu.
Smatra se da ova svetlost, nazvana Liman-alfa emisija, nastaje jonizacijom neutralnog vodonika aktivnošću formiranja zvezda. Rani Univerzum je bio ispunjen maglom od neutralnog vodonika, koja je sprečavala širenje svetlosti; tek nakon što je ovaj vodonik jonizovan, svetlost je mogla slobodno da struji.
Ova Epoha rejonizacije, kao što je poznato, nije u potpunosti shvaćena. Znamo da se to dogodilo u prvih milijardu godina nakon Velikog praska pre 13,8 milijardi godina, ali videti tako daleko u rani Univerzum je zaista teško. CEERS 1019 i nekoliko drugih super-ranih galaksija su odlične mete za ovo istraživanje, jer su relativno svetle.
Galaksija je identifikovana u podacima Habla 2015. godine i u to vreme je bila najranija, najudaljenija galaksija koja je primećena.
Kasnija zapažanja su potvrdila njegovo postojanje, ali detaljnije informacije su ostale neuhvatljive: najranija svetlost u Univerzumu se pomerila toliko daleko u infracrveni deo spektra zbog širenja Univerzuma da je za njihovo ispitivanje neophodan moćan, namenski infracrveni instrument kao što je JVST.
Dakle, kada se pojavio JVST, CEERS 1019 – najsjajnija od Hablovih galaksija iz ove epohe – bila je očigledna meta. Teleskop je zurio u galaksiju samo jedan sat, sa sva četiri instrumenta, ali je vratio mnoštvo podataka.
„U trenutku kada sam pomislio, vau, pogledajte sve što možemo da vidimo sa JVST, videli smo ceo ovaj deo spektra ove galaksije – i bilo koje galaksije na početku Univerzuma – nikada ranije nismo videli, “, rekao je Larson za ScienceAlert.
„Prosto sam bio preplavljen količinom informacija.
Ali onda je Larson primetio nešto što nije očekivala. Pored svetlosti formiranja zvezda, postojala je široka karakteristika emisije koja se obično povezuje sa AGN. Kada je to spomenula nekim istraživačima AGN-a, stvari su počele da postaju zanimljive.
Obično galaksija u ranom univerzumu emituje ili svetlost iz AGN ili svetlost iz formiranja zvezda. Videti oboje u istoj galaksiji bilo je krajnje neočekivano.
„Bio sam iznenađen kao i svi“, rekao je Larson.
„Imali smo čitavu ovu raspravu nedeljama, koja bi trebalo da bude, trebalo bi da bude jedno ili drugo. I ispostavilo se da je i jedno i drugo. Postoji određeni uticaj koji crna rupa ima na emisione linije koje mi „Vidite, ali većinom svetlosti koju vidimo na našim slikama i dalje dominira deo galaksije koji formira zvezde.“
Da je supermasivna crna rupa postojala pre više od 13,2 milijarde godina i da je viđena kako raste, nije toliko iznenađujuće kao što mislite.
Mnogo veće crne rupe su otkrivene u ranom Univerzumu; J1342+0928, kvazar galaksija otkrivena 690 miliona godina nakon Velikog praska, ima supermasivnu crnu rupu sa 800 miliona Sunaca. Crna rupa u J0313-1806, 670 miliona godina nakon Velikog praska, izmerena je na 1,6 milijardi Sunca.
U oba ova kvazara dominira AGN emisija. Ono što izgleda da CEERS 1019 predstavlja, veruju Larson i njene kolege, je međukorak: tačka između kasnijih, većih galaksija kojima dominira AGN, i kako su te galaksije i njihove crne rupe uopšte počele da se formiraju.
„Nismo znali i još uvek ne znamo kako su crne rupe u tim galaksijama postale tako masivne tako rano u Univerzumu“, rekao je Larson.
„Dakle, ono što smo pronašli je ono što mislimo da bi moglo biti praotac ili stvar koja je prerasla u ove neverovatno masivne kvazare.“
Gledajući supermasivnu crnu rupu u CEERS 1019, istraživači misle da je objekat nastao kolapsom masivnog objekta, kao što je jedna od prvih zvezda u Univerzumu.
Ove zvezde su bile mnogo, mnogo veće od zvezda koje danas imamo, tako da bi crna rupa od takvog kolapsa imala prednost na svom putu da postane supermasivna.
Ali bi ipak trebalo malo pojačanja. Ovo je moglo doći u obliku periodične super-Eddingtonove akrecije. Edingtonova granica je maksimalna održiva brzina kojom crne rupe mogu rasti. Materijal se vrti oko crne rupe na disku, ulazeći u crnu rupu poput vode u odvod.
Preko Edingtonove granice, materijal se kreće tako brzo da, umesto da kruži oko crne rupe, leti u svemir. Super-Eddington akrecija je moguća samo za kratke periode; ali, prema modeliranju tima, to bi moglo biti moguće u rafalima koji su pomogli da raste crna rupa u centru CEERS 1019.
„Nismo navikli da vidimo toliko strukture na slikama na ovim udaljenostima“, kaže član CEERS tima i astronom Džejhan Kartaltepe sa Tehnološkog instituta Ročester u Njujorku.
„Spajanje galaksija moglo bi biti delimično odgovorno za podsticanje aktivnosti u crnoj rupi ove galaksije, a to bi takođe moglo dovesti do povećanog formiranja zvezda.
Ali najbolji način da saznate više o njima je da pronađete više srednjih galaksija, a ovo izgleda izuzetno ostvarivo.
Kako Larson ističe, rezultati su došli iz samo jednog sata posmatranja. Očekuje se da će zaista duboka zapažanja otkriti udaljenije, pa čak i slabije galaksije koje nam konačno pomažu da razumemo kako je Univerzum nastao i kako je rastao.
„Mislim da moj rekord neće dugo trajati“, rekao je Larson. „I nadam se da neće, jer mislim da je to uzbudljivije, da počinjemo da odgovaramo na ova pitanja.“
Otkriće je objavljeno u posebnom izdanju časopisa The Astrophisical Journal.
