Poszukiwanie nasion supermasywnych czarnych dziur
Astronomowie wciąż próbują ustalić, jak dokładnie powstają supermasywne czarne dziury. Być może są one wynikiem łączenia się mniejszych czarnych dziur?
Galaktyka spiralna NGC 4051, sklasyfikowana jako galaktyka aktywna. Pobliskie galaktyki, takie jak ta, mogą być dobrymi odpowiednikami dla galaktyk, które gościły zalążki supermasywnych czarnych dziur we wczesnym Wszechświecie. Źródło: ESA/Hubble & NASA, D. Crenshaw oraz O. Fox
Zaczyna się od nasion
Największe czarne dziury we Wszechświecie mogą osiągać masy rzędu miliardów mas Słońca. Co więcej, pierwsze z nich powstały w ciągu kilkuset milionów lat od Wielkiego Wybuchu. W jaki sposób Wszechświat tak szybko zbudował tak ogromne obiekty?
Zazwyczaj czarne dziury powstają, gdy masywna gwiazda umiera, ale żadna pojedyncza gwiazda nie mogła zrodzić tak dużej czarnej dziury. Być może mniejsze czarne dziury, powstałe w wyniku śmierci pierwszych masywnych gwiazd połączyły się. W ten sposób mogłyby powstać czarne dziury o masie tysiąca mas Słońca, które grawitacyjnie mogłyby następnie połączyć się w supermasywne czarne dziury. Czarne dziury o masie do miliona mas Słońca mogłyby powstać bezpośrednio z grawitacyjnego zapadania się gęstych obłoków gazu we wczesnym Wszechświecie. One również z czasem uległyby połączeniu.
Znalezienie nasiona, które jeszcze nie przekształciło się w supermasywną czarną dziurę, pozwoliłoby astronomom zobaczyć ten proces w działaniu. Andy Goulding i Jenny Greene (oboje z Uniwersytetu Princeton), autorzy pracy, badali ostatnio, czy nasiona czarnych dziur mogą ujawnić się w przyszłych przeglądach głębokiego nieba za pomocą JWST. Skupią się one na czarnych dziurach o masie około miliona mas Słońca z przesunięciem ku czerwieni pomiędzy 7 a 10.
Różnice w kolorach
Z definicji czarna dziura jest niewidoczna. Jej przyciąganie grawitacyjne jest tak silne, że połyka całe światło, które na nią opada. Jednak czarne dziury często ujawniają się poprzez swoje dyski akrecyjne. Ich dyski akrecyjne są często wystarczająco jasne, aby można było zobaczyć w większości widzialnego Wszechświata. Te jasne centra galaktyk nazywane są aktywnymi jądrami galaktyk.
W swoich badaniach Goulding i Greene połączyli szablony galaktyk aktywnych przy niższych przesunięciach ku czerwieni z katalogami fałszywych galaktyk stworzonymi specjalnie dla JWST. Doszli do wniosku, że najlepszymi lokalnymi odpowiednikami odległych nasion czarnych dziur galaktyk aktywnych są galaktyki Seyferta typu I – galaktyki aktywne z szerokimi liniami emisyjnymi w swoich widmach. Oczekuje się, że emisja UV nasion czarnych dziur i galaktyk Seyferta typu I będzie podobna.
Następnie przyjrzeli się, czy te aktywne jądra galaktyczne mogą pojawić się w przyszłym przeglądzie JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES). Odkryli, że odległe, aktywne galaktyki zasilane przez zalążkową czarną dziurę powinny mieć inny kolor niż reszta galaktyki na zdjęciach zrobionych przez kamerę bliskiej podczerwieni JWST (NIRCam). Konkretnie, galaktyka będzie wydawać się niebieska, a jej jądro będzie bardziej czerwone.
Chociaż trudno jest podać dokładną liczbę, Goulding i Greene oszacowali, że astronomowie mogą spodziewać się znalezienia od kilku do kilkudziesięciu nasion czarnych dziur w polu widzenia o powierzchni stu minut łuku do kwadratu. Być może wtedy wreszcie zaczniemy rozumieć, w jaki sposób supermasywne czarne dziury znalazły się w sercu niemal każdej galaktyki we Wszechświecie.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
.jpg)
