Astronómovia pomocou James Webb Space Telescope prišli k výsledku, ktorý narúša zaužívanú predstavu o tom, ako sa rodia supermasívne čierne diery. V objekte Abell2744-QSO1, jednom z takzvaných Little Red Dots v ranom vesmíre, našli priamy dôkaz, že čierna diera bola už od začiatku mimoriadne veľká a zrejme vznikla bez výrazne masívnej galaxie, ktorá by ju živila.
Snímka zobrazuje: NASA’s Webb Reveals Black Hole That Formed Before Its Galaxy.
Podľa NASA a autorov štúdií v časopisoch Nature a Monthly Notices of the Royal Astronomical Society je tento výsledok dôležitý preto, že spochybňuje klasický scenár, v ktorom najprv vznikne galaxia, z jej hviezd vznikajú menšie čierne diery a tie sa postupne spájajú do väčších. Pri QSO1 sa zdá, že poradie mohlo byť opačné. Ako poznamenal Roberto Maiolino z University of Cambridge, ide o zistenie, ktoré môže predstavovať „paradigmatický posun“. To je silné tvrdenie, no v tomto prípade stojí na priamych meraniach, nie len na nepriamych odhadoch.
QSO1 sa nachádza asi 700 miliónov rokov po veľkom tresku. Na oblohe je navyše silno gravitačne šošovkovaný kôpkou galaxií Abell 2744, vďaka čomu ho Webb vidí zväčšený a trikrát zobrazený. Z pôvodných analýz vyplývalo, že objekt môže byť skôr oblakom svietiaceho vodíka a hélia okolo supermasívnej čiernej diery. Nové pozorovania však priniesli presnejší obraz: tím využil prístroj NIRSpec a jeho integral field unit na mapovanie pohybu plynu aj jeho chemického zloženia.
Kľúčový výsledok prišiel z toho, že vodíkový plyn v okolí jadra sa správa Keplerovsky. Inými slovami, obieha stredový bod tak, ako planéty obiehajú Slnko. To naznačuje, že väčšina hmoty je sústredená v strede objektu, teda v čiernej diere. Z rýchlosti plynu vedci odhadli hmotnosť približne na 50 miliónov hmotností Slnka. Čierna diera pritom tvorí aspoň dve tretiny celkovej hmotnosti QSO1, čo je v porovnaní s blízkymi galaxiami mimoriadne vysoký podiel.
Druhou oporou záveru bola chémia plynu. Spektrálne mapy ukázali, že prostredie QSO1 obsahuje najmä vodík a hélium, s veľmi malým množstvom ťažších prvkov, ako je kyslík. Takéto zloženie naznačuje, že objekt ešte nemal bohatú históriu hviezdnej tvorby a výbuchov supernov, ktoré zanechávajú ťažšie prvky. Aj preto vedci hovoria o jednom z najprimitívnejších galaktických prostredí, aké sa zatiaľ podarilo zmerať.
Význam práce presahuje jeden objekt. Ak sa potvrdí, že podobné Little Red Dots nie sú výnimkou, môže to zmeniť predstavu o tom, ako rýchlo vznikali supermasívne čierne diery v mladom vesmíre. Zároveň ide o prvé priame meranie hmotnosti čiernej diery v prvých miliardách rokov po veľkom tresku. To je dôležité aj preto, že skoršie odhady boli len nepriame a opierali sa o predpoklady známe z blízkeho vesmíru.
Otázka, čo prišlo skôr, galaxia alebo čierna diera, nie je len akademická hra. Určuje totiž, ako si vedci vysvetľujú rast kozmických štruktúr. V bežnom obraze najprv vznikajú hviezdy, z ich zániku vznikajú malé čierne diery a tie potom postupne rastú. Keď sa však už v ranom vesmíre objavia veľmi hmotné čierne diery bez porovnateľne veľkej galaxie, tento postup nestačí.
Snímka zobrazuje: NASA’s Webb Reveals Black Hole That Formed Before Its Galaxy.
Všeobecne sa v takom prípade uvažuje o dvoch možnostiach: o takzvaných heavy seeds, teda ťažkých zárodkoch vzniknutých veľmi skoro, alebo o priamom kolapse veľkého oblaku plynu. Ide však o všeobecný kontext, nie o tvrdenie priamo z tejto jednej štúdie. Výsledok s QSO1 len ukazuje, že aspoň niektoré supermasívne čierne diery mohli byť od začiatku „veľké“.
Ako Webb číta pohyb plynu
James Webb Space Telescope je citlivý najmä na infračervené svetlo, a preto dokáže skúmať veľmi vzdialené a staré objekty, ktorých svetlo je pri ceste vesmírom natiahnuté do dlhších vlnových dĺžok. Pri QSO1 bol rozhodujúci prístroj NIRSpec, konkrétne jeho integral field unit, ktorý vie zachytiť spektrum v rôznych bodoch obrazu naraz.
Snímka zobrazuje: Space telescope image showing hundreds of bright objects of different size, color, and shape on the black background of space. Colors range from.
V praxi to umožňuje zmapovať, ako sa plyn pohybuje, a zároveň zistiť, z čoho sa skladá. Ak sa plyn točí okolo stredu v usporiadanom Keplerovskom režime, je možné z jeho rýchlosti vypočítať hmotnosť centrálneho objektu. Je to oveľa priamejší postup než staršie odhady, ktoré sa museli opierať o porovnanie s blízkymi galaxiami.
Čo znamená nízky obsah ťažších prvkov
Zloženie plynu je pri takýchto objektoch rovnako dôležité ako samotná hmotnosť. Hviezdy počas svojho života vyrábajú ťažšie prvky a po svojom zániku ich rozptyľujú do okolia. Keď je teda prostredie bohaté na kyslík a ďalšie ťažšie prvky, zvyčajne to znamená dlhšiu históriu hviezdnej tvorby.
Snímka zobrazuje: Image titled James Webb Space Telescope, Pandorau2019s Cluster, Little Red Dot Abell2744-QSO1 with compass arrows, scale bar, and color key. A deep.
Pri QSO1 je však kovatosť menšia než 0,5 % slnečnej hodnoty. Všeobecne to naznačuje veľmi čisté, málo spracované prostredie. Takýto stav sa dobre zhoduje s obrazom objektu, v ktorom ešte nestihla vyrásť výrazná galaxia plná hviezd.
Prečo je to dôležité pre raný vesmír
Raný vesmír je pre astrofyzikov kľúčovým laboratóriom. Práve v prvých stovkách miliónov rokov po veľkom tresku sa museli vytvoriť zárodky galaxií aj čiernych dier, ktoré dnes vidíme ako obrovské centrá mnohých galaxií. Ak boli niektoré z nich už od začiatku veľmi masívne, znamená to, že kozmický rast prebiehal rýchlejšie alebo inak, než sa dlho predpokladalo.
Snímka zobrazuje: NASA’s Webb Reveals Black Hole That Formed Before Its Galaxy.
Pre vedcov je dôležité aj to, že tím pri QSO1 dospel k priamemu meraniu, ktoré podľa nich podporuje aj staršie nepriame odhady. Ak sa tento výsledok potvrdí na ďalších podobných objektoch, môže to posilniť dôveru v doterajšie metódy aj ukázať, že v ranom vesmíre boli supermasívne čierne diery bežnejšie, než sa zdalo.
Čo zostáva otvorené
Napriek silnému záveru zostáva otázok dosť. Zatiaľ ide o jeden výrazný objekt a tím preto skúma aj ďalšie podobné Little Red Dots, aby zistil, či je QSO1 výnimka alebo súčasť širšieho trendu. Nie je tiež úplne isté, či čierna diera vznikla v najskoršom možnom scenári veľmi krátko po veľkom tresku, alebo o niečo neskôr priamym kolapsom veľkého oblaku plynu.
Snímka zobrazuje: NASA’s Webb Reveals Black Hole That Formed Before Its Galaxy.
Isté je zatiaľ aspoň to, že galaxia, ktorú dnes vidíme, je v pomere k svojej čiernej diere nezvyčajne malá. To robí z QSO1 jeden z najzaujímavejších kandidátov na objekt, v ktorom sa možno ešte len formuje galaxia okolo už existujúceho jadra. Práve takýchto systémov môže Webb v nasledujúcich pozorovaniach odhaliť viac.
Na poskytovanie tých najlepších skúseností používame technológie, ako sú súbory cookie na ukladanie a/alebo prístup k informáciám o zariadení. Súhlas s týmito technológiami nám umožní spracovávať údaje, ako je správanie pri prehliadaní alebo jedinečné ID na tejto stránke. Nesúhlas alebo odvolanie súhlasu môže nepriaznivo ovplyvniť určité vlastnosti a funkcie.
Funkčné
Vždy aktívny
Technické uloženie alebo prístup sú nevyhnutne potrebné na legitímny účel umožnenia použitia konkrétnej služby, ktorú si účastník alebo používateľ výslovne vyžiadal, alebo na jediný účel vykonania prenosu komunikácie cez elektronickú komunikačnú sieť.
Predvoľby
Technické uloženie alebo prístup je potrebný na legitímny účel ukladania preferencií, ktoré si účastník alebo používateľ nepožaduje.
Štatistiky
Technické úložisko alebo prístup, ktorý sa používa výlučne na štatistické účely.Technické úložisko alebo prístup, ktorý sa používa výlučne na anonymné štatistické účely. Bez predvolania, dobrovoľného plnenia zo strany vášho poskytovateľa internetových služieb alebo dodatočných záznamov od tretej strany, informácie uložené alebo získané len na tento účel sa zvyčajne nedajú použiť na vašu identifikáciu.
Marketing
Technické úložisko alebo prístup sú potrebné na vytvorenie používateľských profilov na odosielanie reklamy alebo sledovanie používateľa na webovej stránke alebo na viacerých webových stránkach na podobné marketingové účely.
