Nowo odkryta klasa galaktyk może wskazywać na wczesny rozwój czarnej dziury
Zespół astronomów przeanalizował dane z Teleskopu Webba, pochodzące z wielu badań, w celu zestawienia jednej z największych jak dotąd próbek „małych czerwonych kropek”.
 | |
| Obrazy NIRCam małych czerwonych kropek. Źródło: NASA, ESA, CSA, STScI, Dale Kocevski (Colby College) |
W grudniu 2022 roku, niecałe sześć miesięcy po rozpoczęciu operacji naukowych, Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba ujawnił coś, czego nigdy wcześniej nie widziano: liczne czerwone obiekty, które wydają się małe na niebie, a które naukowcy wkrótce nazwali „małymi czerwonymi kropkami” (LRD). Chociaż kropki te są dość liczne, naukowcy są zakłopotani ich naturą, powodem ich unikalnych kolorów i tym, co przekazują o wczesnym Wszechświecie.
Zespół astronomów zebrał niedawno jedną z największych jak dotąd próbek LRD, z których prawie wszystkie istniały w ciągu pierwszych 1,5 miliarda lat po Wielkim Wybuchu. Odkryli oni, że duża część LRD w ich próbce wykazywała oznaki obecności rosnących supermasywnych czarnych dziur.
Jesteśmy zakłopotani tą nową populacją obiektów, które odkrył Webb. Nie widzimy ich odpowiedników przy niższych przesunięciach ku czerwieni, dlatego nie widzieliśmy ich przed Webbem – powiedział Dale Kocevski z Colby College w Waterville w stanie Maine, główny autor artykułu. Prowadzone są intensywne prace mające na celu określenie natury tych małych czerwonych kropek i tego, czy ich światło jest zdominowane przez akreujące czarne dziury.
Potencjalny wgląd we wczesny rozwój czarnych dziur
Istotnym czynnikiem przyczyniającym się do uzyskania przez zespół dużej próbki LRD było wykorzystanie publicznie dostępnych danych Webba. Na początek zespół szukał tych czerwonych źródeł w przeglądzie Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS), a następnie rozszerzył swój zakres na inne pozagalaktyczne przeglądy, w tym JWST Advance Deep Extragalactic Survey (JADES) i Next Generation Deep Extragalactic Exploratory Public (NGDEEP).
Metodologia zastosowana do identyfikacji tych obiektów również różniła się od poprzednich badań, w wyniku czego spis obejmował szeroki zakres przesunięcia ku czerwieni. Odkryty rozkład jest intrygujący: LRD pojawiają się w dużych ilościach około 600 milionów lat po Wielkim Wybuchu i przechodzą gwałtowny spadek ilości około 1,5 miliarda lat po Wielkim Wybuchu.
Zespół szukał danych spektroskopowych na temat niektórych LRD w swojej próbce w ramach przeglądu Red Unknowns: Bright Infrared Extragalactic Survey (RUBIES). Odkryli, że około 70% celów wykazało obecność gazu szybko krążącego z prędkością 1000 km/s – znak dysku akrecyjnego wokół supermasywnej czarnej dziury. Sugeruje to, że wiele LRD to akreujące czarne dziury, znane również jako aktywne jądra galaktyk (AGN).
Najbardziej ekscytujące dla mnie są rozkłady przesunięć ku czerwieni. Te naprawdę czerwone źródła o dużym przesunięciu ku czerwieni w zasadzie przestają istnieć w pewnym momencie po Wielkim Wybuchu – powiedział Steven Finkelstein z University of Texas w Austin, współautor pracy. Jeżeli są to rosnące czarne dziury, a sądzimy, że co najmniej 70% z nich tak, to wskazuje to na erę wzrostu ukrytych czarnych dziur we wczesnym Wszechświecie.
Wbrew nagłówkom, kosmologia nie jest zepsuta
Kiedy po raz pierwszy odkryto LRD, niektórzy sugerowali, że kosmologia została „zepsuta”. Jeżeli całe światło pochodzące z tych obiektów pochodziło z gwiazd, oznaczało to, że niektóre galaktyki urosły tak duże i tak szybko, że teorie nie mogły ich uwzględnić.
Badania zespołu wspierają argument, że większość światła pochodzącego z tych obiektów pochodzi z akreujących czarnych dziur, a nie z gwiazd. Mniejsza liczba gwiazd oznacza mniejsze, bardziej lekkie galaktyki, które można zrozumieć za pomocą istniejących teorii.
W ten sposób rozwiązuje się problem zepsucia Wszechświata – powiedział Anthony Taylor z University of Texas w Austin, współautor pracy.
Coraz dziwniej i dziwniej
Jest jeszcze wiele do omówienia, ponieważ LRD wydają się wywoływać jeszcze więcej pytań. Na przykład, wciąż pozostaje otwartą kwestią, dlaczego LRD nie pojawiają się przy niższych przesunięciach ku czerwieni. Jedną z możliwych odpowiedzi jest wzrost wewnętrzny: w miarę jak formacja gwiazd w galaktyce rozszerza się na zewnątrz od jądra, mniej gazu jest dokładane przez supernowe w pobliżu akreującej czarnej dziury i staje się ona mniej zasłonięta. W tym przypadku czarna dziura zrzuca swój gazowy kokon, staje się bardziej niebieska i mniej czerwona oraz traci status LRD.
Ponadto, LRD nie są jasne w świetle rentgenowskim, co kontrastuje z większością czarnych dziur w naszych przesunięciach ku czerwieni. Astronomowie wiedzą jednak, że przy pewnych gęstościach gazu fotony rentgenowskie mogą zostać uwięzione, zmniejszając emisję promieniowania rentgenowskiego. Dlatego też ta właściwości LRD może potwierdzać teorię, że są to mocno przesłonięte czarne dziury.
Zespół przyjmuje wiele podejść, aby zrozumieć naturę LRD, w tym bada właściwości swojej próbki w średniej podczerwieni i szeroko poszukuje akreujących czarnych dziur, aby zobaczyć, ile z nich spełnia kryteria LRD. Uzyskanie głębszej spektroskopii i wybranych obserwacji uzupełniających będzie również korzystne dla rozwiązania tej obecnie „otwartej sprawy” dotyczącej LRD.
Zawsze istnieją dwa lub więcej potencjalnych sposobów na wyjaśnienie mylących właściwości małych czerwonych kropek – powiedział Kocevski. To ciągła wymiana między modelami i obserwacjami, polegająca na znalezieniu równowagi między tym, co dobrze pasuje do obu, a tym, co jest sprzeczne.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
