Objev supermasivní černé díry v raném vesmíru
Telescop James Webb detekoval galaxii, která byla vytvořena pouhých 570 milionů let po Velkém třesku a která obsahuje extrémně hmotný objekt rychle rostoucí. Tento objev vyvrací dosavadní teorie o raném vývoji galaxií a černých děr.
Tým astronomů potvrdil pomocí snímků z teleskopu James Webb existenci aktivní supermasivní černé díry uvnitř galaxie, která vznikla nedlouho po Velkém třesku. Galaxie CANUCS-LRD-z8.6, patřící do třídy velmi vzdálených malých galaxií, představuje klíčový prvek v otázkách, které zpochybňují současné teorie o vzniku galaxií a černých děr v primárním vesmíru. Objev spojuje první černé díry s jasnými kvazary, které dnes pozorujeme.
Během prvních tří let studie Webbova teleskopu o raném vesmíru bylo odhaleno stále více malých, extrémně vzdálených a překvapivě červených objektů. Tyto nazývané „Little Red Dots“ (LRD) zůstávají pro astronomy záhadou, ačkoliv jsou překvapivě hojné.
Objev v CANUCS-LRD-z8.6, umožněný výjimečnými schopnostmi Webbova teleskopu, přináší náznaky v této pátrání po odpovědích. Blízký infračervený spektrograf (NIRSpec) umožnil pozorovat slabé světlo této vzdálené galaxie a detekovat klíčové spektrální rysy, které ukazují na přítomnost černé díry v akreci.
Roberta Tripodi, hlavní autorka studie a vědkyně na Univerzitě v Lublani (Slovinsko), zněla nadšeně: „Tento objev je skutečně mimořádný. Pozorovali jsme galaxii, která vznikla méně než 600 milionů let po Velkém třesku a ne pouze, že obsahuje supermasivní černou díru, ale ta rychle roste, mnohem víc než bylo očekáváno u tak rané galaxie. To vyvrací naše chápání o vzniku černých děr a galaxií v primárním vesmíru a otevírá nové cesty pro výzkum, jak tyto objekty vznikly.“
Tým analyzoval spektrum galaxie, které ukázalo vysoce ionizovaný plyn způsobený energetickým zářením a naznačilo rychlou rotaci kolem centrálního zdroje. Tyto rysy naznačují přítomnost supermasivní černé díry v akreci.
Spektrální data umožnila odhadnout hmotnost černé díry, přičemž bylo odhaleno, že je neobvykle velká pro tak ranou fázi vesmíru, a ukázala, že CANUCS-LRD-z8.6 je kompaktní a teprve nedávno vyprodukovala těžké prvky, což naznačuje, že se nachází ve fázi raného vývoje. Tato kombinace ji činí fascinujícím objektem pro studium.
Navíc spektroskopie Webb umožnila měřit energii vyzařovanou v různých vlnových délkách, což umožnilo charakterizovat fyzikální vlastnosti galaxie. To umožnilo stanovit hmotnost hvězd a porovnat ji s hmotností černé díry.
“Data, která jsme získali z Webbu, byla naprosto klíčová,” dodal Nicholas Martis, spolupracovník z Univerzity v Lublani, který pomáhal analyzovat spektrum. “Vlastnosti odhalené Webbem ukázaly jasné signály černé díry v akreci ve středu galaxie, což bylo nemožné detekovat s předchozími technologiemi. Nejdůležitější je, že černá díra je nadměrná ve srovnání s hmotností hvězd. To naznačuje, že černé díry v raném vesmíru mohly růst mnohem rychleji než galaxie, které je obsahují.”
Astronomové dříve pozorovali, že hmotnost supermasivní černé díry a její hostitelské galaxie jsou vzájemně propojené: čím větší je galaxie, tím větší je její centrální černá díra.
CANUCS-LRD-z8.6 je nejmasivnější známá hostitelská galaxie z tohoto raného období, ale její černá díra je ještě hmotnější, než se očekávalo, což narušuje tradiční vztah. Výsledek naznačuje, že černé díry mohly vznikat a růst rychlým tempem v raném vesmíru, i v relatívně malých galaxiích.
“Tento objev je vzrušujícím krokem k pochopení vzniku prvních supermasivních černých děr ve vesmíru,” vysvětlila Maruša Bradač, vedoucí skupiny na Univerzitě v Lublani. “Rychle rostoucí černá díra v této galaxii vzbuzuje otázky o procesech, které umožnily vznik tak masivních objektů tak brzy. Jak budeme dál analyzovat data, máme naději najít další galaxie jako CANUCS-LRD-z8.6, které by nám mohly poskytnout ještě cennější stopy o původu černých děr a galaxií.”
Tým již plánuje další pozorování s pomocí Atacama Large Millimetre/submillimetre Array (ALMA) a Webbova teleskopu k prozkoumání studeného plynu a prachu galaxie a prohloubení znalosti o vlastnostech černé díry. Tento výzkum o LRD si klade za cíl odpovědět na klíčové otázky o raném vesmíru, jako je to, jak koevolovaly černé díry a galaxie v prvním miliardě let kosmické historie.
Jak astronomové pokračují v prozkoumávání raného vesmíru s JWST, očekávají se další překvapení, která nabídnou stále detailnější obraz o tom, jak se vyvíjely a rostly první supermasivní černé díry, čímž se připraví půda pro vznik jasných kvazarů, které osvěcují současný kosmos.
