Istraživači su otkrili najudaljeniju aktivnu supermasivnu crnu rupu do danas pomoću svemirskog teleskopa James Vebb (JVST). Galaksija, CEERS 1019, postojala je oko 570 miliona godina nakon velikog praska, a njena crna rupa je manje masivna od bilo koje druge još identifikovane u ranom univerzumu.
Pored crne rupe u CEERS 1019, istraživači su identifikovali još dve crne rupe koje su na manjoj strani i postojale su milijardu i 1,1 milijardu godina nakon velikog praska. JVST je takođe identifikovao jedanaest galaksija koje su postojale kada je univerzum bio star 470 miliona do 675 miliona godina.
Dokaz je pružio JVST-ovo istraživanje o ranom objavljivanju kosmičke evolucije (CEERS), koje je vodio Steven Finkelstein, profesor astronomije na Univerzitetu Teksas u Ostinu. Program kombinuje JVST-ove veoma detaljne bliske i srednje infracrvene slike i podatke poznate kao spektri, koji su svi korišćeni za ova otkrića.
„Gledanje ovog udaljenog objekta ovim teleskopom je slično gledanju podataka iz crnih rupa koje postoje u galaksijama u blizini naše“, rekla je Rebeka Larson, nedavna dr. diplomirao na UT Austinu, koji je vodio studiju. „Postoji toliko spektralnih linija za analizu.“
Tim je objavio ove rezultate u nekoliko početnih radova u posebnom izdanju The Astrophisical Journal Letters.
CEERS 1019 je značajan ne samo po tome koliko je davno postojao, već i po tome koliko je njegova crna rupa relativno malo teška. Ima oko 9 miliona solarnih masa, daleko manje od drugih crnih rupa koje su takođe postojale u ranom univerzumu i koje su otkrili drugi teleskopi. Ti behemoti obično sadrže više od milijardu puta veću masu od sunca – i lakše ih je otkriti jer su mnogo svetlije. Crna rupa unutar CEERS 1019 više liči na crnu rupu u centru naše galaksije Mlečni put, koja je 4,6 miliona puta veća od mase Sunca.
Iako manja, ova crna rupa je postojala toliko ranije da je još uvek teško objasniti kako je nastala tako brzo nakon što je svemir počeo. Istraživači su dugo znali da su manje crne rupe morale postojati ranije u svemiru, ali tek kada je JVST počeo da primećuje da su bili u stanju da naprave definitivne detekcije.
Tim ne samo da bi mogao da otkrije koje emisije u spektru potiču iz crne rupe, a koje iz njene galaksije domaćina, već bi takođe mogao da odredi koliko gasa crna rupa unosi i da odredi brzinu formiranja zvezda u njenoj galaksiji.
Tim je otkrio da ova galaksija unosi što više gasa, a istovremeno stvara nove zvezde. Okrenuli su se slikama kako bi istražili zašto bi to moglo biti. Vizuelno, CEERS 1019 izgleda kao tri svetle grudve, a ne kao jedan kružni disk.
„Nismo navikli da vidimo toliko strukture na slikama na ovim udaljenostima“, rekao je član CEERS tima Džejhan Kartaltepe, vanredni profesor astronomije na Tehnološkom institutu 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.“
Ovo su samo prvi revolucionarni nalazi iz CEERS istraživanja. „Do sada su istraživanja o objektima u ranom univerzumu bila uglavnom teorijska“, rekao je Finkelstein. „Sa Vebom, ne samo da možemo da vidimo crne rupe i galaksije na ekstremnim udaljenostima, već sada možemo da počnemo da ih precizno merimo. To je ogromna moć ovog teleskopa.“
U budućnosti je moguće da se podaci JVST-a mogu koristiti i za objašnjenje kako su se formirale rane crne rupe, revidirajući istraživačke modele o tome kako su crne rupe rasle i evoluirale u prvih nekoliko stotina miliona godina istorije univerzuma.
Svemirski teleskop Džejms Veb je međunarodni program koji vodi NASA sa svojim partnerima, Evropskom svemirskom agencijom i Kanadskom svemirskom agencijom.
CEERS anketa je opsežna i ima još mnogo toga da se istraži. Član tima Dale Kocevski sa Kolbi koledža u Votervilu, Mejn, i tim je brzo uočio još jedan par malih crnih rupa u podacima.
Prvu, unutar galaksije CEERS 2782, bilo je najlakše izabrati. Nema prašine koja bi zamaglila JVST-ov pogled na to, tako da bi istraživači mogli odmah da utvrde kada je njegova crna rupa postojala u istoriji univerzuma – samo 1,1 milijardu godina nakon velikog praska.
Druga crna rupa, u galaksiji CEERS 746, postojala je nešto ranije, milijardu godina nakon velikog praska. Njegov svetli akrecioni disk, prsten sastavljen od gasa i prašine koji okružuje njegovu supermasivnu crnu rupu, još uvek je delimično zamagljen prašinom.
„Središnja crna rupa je vidljiva, ali prisustvo prašine sugeriše da bi mogla da leži u galaksiji koja takođe besno izbacuje zvezde“, objasnio je Kočevski.
Poput onog u CEERS 1019, dve druge novoopisane crne rupe (u galaksijama CEERS 2782 i CEERS 746) su takođe „male težine“ – barem u poređenju sa ranije poznatim supermasivnim crnim rupama na ovim udaljenostima. Oni su samo oko 10 miliona puta veći od mase Sunca.
„Istraživači odavno znaju da u ranom univerzumu moraju postojati crne rupe manje mase. Veb je prva opservatorija koja ih može tako jasno uhvatiti“, rekao je Kočevski. „Sada mislimo da crne rupe manje mase mogu biti svuda i čekaju da budu otkrivene.“
Pre JVST-a, sve tri crne rupe su bile suviše slabe da bi bile otkrivene. „Sa drugim teleskopima, ovi ciljevi izgledaju kao obične galaksije koje stvaraju zvezde, a ne kao aktivne supermasivne crne rupe“, dodao je Finkelštajn.
Osetljivi spektri JVST-a takođe su omogućili ovim istraživačima da izmere precizna rastojanja do, a samim tim i starosti, galaksija u ranom univerzumu. Članovi tima Pablo Arrabal Haro iz NOIRLab-a Nacionalne naučne fondacije i Seiji Fujimoto, postdoktorski istraživač i Hubble saradnik na UT Austinu, identifikovali su 11 galaksija koje su postojale 470 miliona do 675 miliona godina nakon velikog praska. Ne samo da su izuzetno udaljene, primetna je činjenica da je otkriveno toliko svetlih galaksija. Istraživači su teoretizirali da bi JVST otkrio manje galaksija nego što se nalaze na ovim udaljenostima.
„Preplavljen sam količinom veoma detaljnih spektra udaljenih galaksija koje je Veb vratio“, rekao je Arrabal Haro. „Ovi podaci su apsolutno neverovatni.
Ove galaksije brzo formiraju zvezde, ali još nisu tako hemijski obogaćene kao galaksije koje su mnogo bliže kući.
„Veb je bio prvi koji je otkrio neke od ovih galaksija“, objasnio je Fudžimoto. „Ovaj skup, zajedno sa drugim udaljenim galaksijama koje možemo identifikovati u budućnosti, mogao bi da promeni naše razumevanje formiranja zvezda i evolucije galaksija tokom kosmičke istorije“, dodao je on.
Tim je 6. jula objavio nekoliko početnih radova o podacima CEERS Survei u specijalnom izdanju The Astrophisical Journal Letters: „CEERS otkriće rastuće supermasivne crne rupe 570 godina nakon Velikog praska: Identifikovanje progenitora masivnih z > 6 kvazara, “ na čelu sa Larsonom, „Skrivena mala čudovišta: spektroskopska identifikacija male mase, širokolinijski AGN na z > 5 sa CEERS“, predvođena Kocevskim, „Spektroskopska potvrda galaksija koje je CEERS NIRCam selektovao na z≃8−10,“ koju vodi Arrabal Haro, i „CEERS spektroskopska potvrda NIRCam-selected z ≳ 8 galaksija kandidata sa JVST/NIRSpec: Inicijalna karakterizacija njihovih svojstava“, koju vodi Fujimoto.
