Nový typ superhmotné černé díry obklopené hustou plynovou skořápkou
Nedávno navržený typ superhmotné černé díry obklopený hustou plynovou skořápkou může vysvětlovat malé červené body pozorované na snímcích pořízených dalekohledem James Webb.
V létě 2022, méně než měsíc po začátku publikování prvních vědeckých snímků dalekohledu James Webb (JWST), astronomové odhalili něco překvapivého: maličké červené body rozptýlené po obloze. Díky výjimečné citlivosti JWST se tyto velmi kompaktní a hluboce červené objekty jasně vyjímaly a zdálo se, že jich je mnoho.
Dalekohled objevil, co vypadalo jako zcela nová populace nebeských objektů, které Hubbleův vesmírný dalekohled dosud neobjevil. Tento fakt dává smysl. V astronomii označuje „velmi červené“ objekty ty, které vyzařují většinu svého světla v delších vlnových délkách. Tyto malé červené zdroje vyzařují převážně v oblasti středního infračerveného záření, což je rozsah, který Hubble nedokáže pozorovat, ale JWST byl specificky navržen tak, aby ho detekoval.
Pokračující pozorování odhalila, že tyto objekty jsou extrémně vzdálené. I nejbližší příklady byly tak daleko, že jejich světlo potřebovalo 12 miliard let, aby dorazilo na Zemi. Vzhledem k tomu, že astronomové vždy pozorují vesmír tak, jak vypadala v době, kdy bylo světlo emitováno, pozorování tak starého světla znamená, že se díváme zpět do doby jen přibližně 1,8 miliardy let po Velkém třesku.
Nevysvětlitelné mladé, masivní galaxie?
Tady začaly problémy. Interpretace snímků z dalekohledu vyžaduje fyzikální model objektu, na který se díváte. Když astronomové identifikují něco jako hvězdu, toto závěrečné potvrzení je podloženo podrobnými modely, které vysvětlují, jak hvězdy fungují. Malé červené body se ale nedaly snadno zařadit do známých kategorií, takže vědci začali zkoumat neobvyklé možnosti. Jednou ranou myšlenkou bylo, že malé červené body by mohly být extrémně husté galaxie zahalené v prachu a nabité obrovským množstvím hvězd.
V naší domovské galaxii, Mléčné dráze, je jedinou oblastí s tak vysokou hustotou hvězd centrální jádro, které obsahuje pouze asi tisícinu hvězd potřebných v těchto modelech malých červených bodů. Obrovské množství hvězd, až stovky miliard solárních hmotností pouhých méně než miliardu let po Velkém třesku, vzneslo zásadní otázky o základním chápání evoluce galaxií: Můžeme dokonce vysvětlit, jak tyto galaxie dokázaly rychle produkovat tolik hvězd?
Galaxie vs. aktivní galaktické jádra
Interpretace sama o sobě zůstávala kontroverzní. Společenství se rozdělilo na dvě skupiny: jedna, která upřednostňovala interpretaci mnoha hvězd a prachu, a druhá, která malé červené body viděla jako aktivní galaktická jádra, ale také zahalená hojným prachem. Aktivní galaktická jádra jsou to, co pozorujeme, když trvalý proud hmoty dopadá na centrální černou díru galaxie, vytvářející extrémně horký akreční disk kolem centrálního objektu. Tento druhý výklad však přicházel se svými vlastními omezeními.
Byl také dosažen konsensus: abychom rozlouskli tuto hádanku, astronomové potřebovali více a rozmanitější pozorovací data. Původní pozorování JWST poskytla snímky. Pro testování fyzikálních interpretací potřebovali astronomové spektra: podrobné informace o tom, kolik světla objekt vyzařuje při různých vlnových délkách. Jakmile se ukázalo, jak zajímavé malé červené body jsou, řada astronomů po celém světě začala žádat o čas na jejich podrobnější pozorování. Jednou takovou žádostí byl program RUBIES, který formulovala Anna de Graaff z Max Planckova institutu pro astronomii v Heidelbergu a mezinárodní tým kolegů, jehož zkratka znamená „Red Unknowns: Bright Infrared Extragalactic Survey“.
Vzdálené poklady RUBIES
Žádost RUBIES byla úspěšná a mezi lednem a prosincem 2024 astronomové využili téměř 60 hodin času JWST k získání spekter z celkového počtu 4500 vzdálených galaxií, což je jeden z největších spektrálních datových souborů získaných pomocí JWST. Jak říká Raphael Hviding, „V tomto datovém souboru jsme našli 35 malých červených bodů. Většina z nich již byla nalezena pomocí veřejně dostupných snímků JWST. Ale ty, které byly nové, se zdály být nejextrémnější a nejzajímavější objekty.“
Nejzajímavější ze všeho bylo spektrum objektu, který astronomové objevili v červenci 2024. Astronomové pojmenovali tento objekt „The Cliff“ a vypadalo to jako extrémní verze populace malých červených bodů – a tím pádem slibný testovací případ pro interpretace toho, co malé červené body vlastně jsou. „The Cliff“ je tak vzdálený, že jeho světlo k nám putovalo 11,9 miliardy let (červený posun z = 3,55).
Nový mechanismus pro rychlou ranou tvorbu galaxií?
Pokud je černá díra *BH* opravdu řešením, může mít další potenciální výhodu. Systémy tohoto druhu byly dříve studovány pouze teoreticky, s mnohem lehčími černými dírami střední hmotnosti. Zde byla struktura s centrální černou dírou a okolním plynovým obalem viděna jako způsob pro rychlý růst hmotnosti centrálních černých děr velmi raných galaxií. Vzhledem k tomu, že JWST nalezl solidní důkazy o hmotných černých dírách v raném vesmíru, konfigurace, která by mohla vysvětlit ultra-rychlý růst hmotnosti černých děr, by byla vítaným přídavkem k současným modelům evoluce galaxií.
Otevřené otázky
Současný výsledek představuje zásadní krok vpřed: první model, který může vysvětlit neobvyklý tvar „The Cliff“, extremní balmerův zlom. Jako jakýkoli významný krok vpřed to otevírá nové, nezodpovězené výzkumné otázky: Jak mohla taková černá díra vzniknout? Jak může být neobvyklý plynový obal udržován delší dobu? Jak vznikají další rysy spektra „The Cliff“?
Odpovědi na tyto otázky vyžadují přínosy z astrofyzikálního modelování, ale také budou těžit z dalších hloubkových pozorování. De Graaff a její tým již mají schválená pokračovací pozorování JWST zaměřená na malé červené body, které jsou zvlášť zajímavé, jako je „The Cliff“, naplánováno na příští rok.
Tato budoucí pozorování objasní, zda jsou černé díry hvězd skutečně vysvětlením, jak dnes vznikly galaxie. V této chvíli je to zajímavá možnost, ale zdaleka nejistá.
