Poznaj najwcześniejszą potwierdzoną czarną dziurę we Wszechświecie
Międzynarodowy zespół astronomów zidentyfikował najodleglejszą czarną dziurę, jaką kiedykolwiek potwierdzono.
 |
| Wizja artystyczna galaktyki CAPERS-LRD-z9, w której znajduje się najwcześniejsza potwierdzona czarna dziura. Uważa się, że supermasywna czarna dziura w jej centrum jest otoczona grubą chmurą gazu, nadającą galaktyce charakterystyczny czerwony kolor. Źródło: Erik Zumalt, The University of Texas at Austin |
Międzynarodowy zespół astronomów, kierowany przez Cosmic Frontier Center Uniwersytetu Teksańskiego w Austin, zidentyfikował najodleglejszą czarną dziurę, jaką kiedykolwiek potwierdzono. Ona i jej macierzysta galaktyka, nazwana CAPERS-LRD-z9, są obecne 500 milionów lat po Wielkim Wybuchu. To oznacza, że powstały one 13,3 miliarda lat temu, kiedy nasz Wszechświat miał zaledwie 3% swojego obecnego wieku. To daje wyjątkową okazję do zbadania struktury i ewolucji tego tajemniczego okresu.
Jeśli chodzi o poszukiwanie czarnych dziur, to jest to praktycznie najdalszy punkt, jaki można osiągnąć. Naprawdę przesuwamy granice możliwości wykrywania przez obecną technologię – powiedział Anthony Taylor, doktorant w Cosmic Frontier Center i kierownik zespołu, który dokonał odkrycia. Ich badania zostały opublikowane w czasopiśmie Astrophysical Journal Letters.
Astronomowie odkryli kilka bardziej odległych kandydatów – dodał Steven Finkelstein, współautor artykułu i dyrektor Cosmic Frontier Center. Nie udało im się jeszcze znaleźć wyraźnego śladu widmowego związanego z czarną dziurą.
Za pomocą spektroskopii astronomowie rozszczepiają światło na wiele długości fal, aby badać cechy obiektu. Aby zidentyfikować czarne dziury, szukają dowodów na obecność szybko poruszającego się gazu. Gdy krąży on i wpada do czarnej dziury, światło gazu oddalającego się od nas jest rozciągane do znacznie bardziej czerwonych fal, a światło gazu zbliżającego się do nas jest kompresowane do znacznie bardziej niebieskich fal. Niewiele innych rzeczy tworzy tę sygnaturę – wyjaśnił Taylor. A ta galaktyka ją ma!
Zespół wykorzystał do swoich poszukiwań dane z programu CAPERS (CANDELS-Area Prism Epoch of Reionization Survey) Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba. Wystrzelony w 2021 roku Teleskop Webba zapewnia najdalej sięgające obrazy kosmosu, a CAPERS umożliwia obserwację jego najdalszych krawędzi.
Pierwszym celem projektu CAPERS jest potwierdzenie i zbadanie najodleglejszych galaktyk – powiedział Mark Dickinson, współautor artykułu i kierownik zespołu CAPERS. Spektroskopia JWST jest kluczem do potwierdzenia ich odległości i zrozumienia ich właściwości fizycznych.
Początkowo postrzegana jako interesująca plamka na zdjęciach programu, CAPERS-LRD-z9 okazała się być częścią nowej klasy galaktyk, znanej jako Małe Czerwone Kropki. Galaktyki te, obecne jedynie w pierwszych 1,5 miliarda lat istnienia Wszechświata, są bardzo zwarte, czerwone i zaskakująco jasne.
Odkrycie Małych Czerwonych Kropek było ogromnym zaskoczeniem wynikającym z wczesnych danych JWST, ponieważ w niczym nie przypominały one galaktyk obserwowanych przez Kosmiczny Teleskop Hubble’a – wyjaśnił Finkelstein. Teraz staramy się ustalić, jak wyglądają i skąd się wzięły.
CAPERS-LRD-z9 może pomóc astronomom w osiągnięciu właśnie tego celu.
Po pierwsze, galaktyka ta dostarcza kolejnych dowodów na to, że supermasywne czarne dziury są źródłem nieoczekiwanej jasności Małych Czerwonych Kropek. Zwykle taka jasność wskazywałaby na obfitość gwiazd w galaktyce. Jednak Małe Czerwone Kropki istnieją w czasie, gdy tak duża masa gwiazd jest mało prawdopodobna.
Z drugiej strony, czarne dziury również świecą jasno. Dzieje się tak, ponieważ kompresują i ogrzewają pochłoniętą przez siebie materię, wytwarzając ogromne światło i energię. Potwierdzając istnienie czarnej dziury w CAPERS-LRD-z9, astronomowie znaleźli uderzający przykład tego połączenia w Małych Czerwonych Kropkach.
Nowo odkryta galaktyka może również pomóc w ustaleniu, co powoduje charakterystyczny czerwony kolor Małych Czerwonych Kropek. Może to być spowodowane grubą chmurą gazu otaczającą czarną dziurę, która przechodząc przez nią, zmienia jej światło na bardziej czerwone. Widzieliśmy te chmury w innych galaktykach – wyjaśnił Taylor. Kiedy porównaliśmy ten obiekt z innymi źródłami, okazało się, że są one identyczne.
Galaktyka ta wyróżnia się również kolosalną masą czarnej dziury. Szacuje się ją nawet na 300 milionów mas Słońca, a jej masa stanowi połowę masy wszystkich gwiazd w tej galaktyce. Nawet wśród supermasywnych czarnych dziur jest to wyjątkowo duża masa.
Odkrycie tak masywnej czarnej dziury na tak wczesnym etapie daje astronomom cenną okazję do zbadania, jak te obiekty powstały. Czarna dziura obecna we Wszechświecie w późniejszym okresie miałaby wiele okazji, aby powiększyć się w trakcie swojego istnienia. Ale ta, która istniała w ciągu pierwszych kilkuset milionów lat, nie miała takiej możliwości. To stanowi coraz więcej dowodów na to, że wczesne czarne dziury rosły znacznie szybciej, niż myśleliśmy, że to możliwe – powiedział Finkelstein. Albo też były one od początku znacznie większe, niż przewidują nasze modele.
Aby kontynuować badania nad CAPERS-LRD-z9, zespół ma nadzieję zebrać więcej obserwacji o wyższej rozdzielczości za pomocą JWST. Mogłoby to zapewnić głębszy wgląd w jego działanie i rolę czarnych dziur w rozwoju Małych Czerwonych Kropek. To dla nas dobry obiekt testowy – powiedział Taylor. Do niedawna nie mieliśmy możliwości badania wczesnej ewolucji czarnych dziur i z niecierpliwością czekamy na to, czego możemy się dowiedzieć dzięki temu wyjątkowemu obiektowi.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
Czytaj też:
