Wszechświat jest absolutnie pełen czarnych dziur. Badacze od dawna o tym wiedzą, ale mniej masywne czarne dziury istniejące we wczesnym wszechświecie były zbyt słabe, aby można je było wykryć – aż do momentu rozpoczęcia obserwacji przez teleskop kosmiczny Jamesa Webba. Badacze zaangażowani w badania związane z programem Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS) są jednymi z pierwszych, którzy zaczęli wydobywać te jasne, niezwykle odległe obiekty z bardzo szczegółowych obrazów i danych dostarczanych przez Webba.
Na początek: najbardziej odległa aktywna supermasywna czarna dziura, jaką kiedykolwiek odnaleziono – zaledwie nieco ponad 570 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Jest to czarna dziura o mniejszej masie, bardziej zbliżona do masy supermasywnej czarnej dziury w centrum naszej Galaktyki Drogi Mlecznej niż do ogromnych “potworów”, których do tej pory udało nam się uchwycić za pomocą innych teleskopów. Badacze CEERS zidentyfikowali również dwie mniejsze czarne dziury we wczesnym wszechświecie, oraz prawie tuzin niezwykle odległych galaktyk. Te wstępne wyniki sugerują, że mniej masywne czarne dziury i galaktyki mogły być bardziej powszechne we wczesnym wszechświecie, niż wcześniej sądzono.
CEERS 1019 jest nie tylko godna uwagi ze względu na to, jak dawno istniała, ale także ze względu na stosunkowo małą masę swojej czarnej dziury. Ta czarna dziura ma około 9 milionów mas słonecznych, znacznie mniej niż inne czarne dziury istniejące we wczesnym wszechświecie, które zostały wykryte przez inne teleskopy. Te olbrzymy zazwyczaj zawierają ponad miliard razy więcej masy niż Słońce i są łatwiejsze do wykrycia, ponieważ są znacznie jaśniejsze. (Aktywnie “pożerają” materię, która świeci, gdy wiruje w kierunku czarnej dziury.) Czarna dziura w galaktyce CEERS 1019 jest bardziej podobna do czarnej dziury w centrum naszej Galaktyki, która ma masę 4,6 miliona razy większą od masy Słońca. Ta czarna dziura nie jest również tak jasna jak wcześniej wykryte olbrzymy. Mimo że jest mniejsza, istniała znacznie wcześniej, dlatego wciąż trudno jest wyjaśnić, jak powstała tak szybko po początku wszechświata. Badacze od dawna wiedzieli, że mniejsze czarne dziury musiały istnieć wcześniej we wszechświecie, ale dopiero Webb umożliwił dokonanie definitywnych wykryć. (CEERS 1019 może utrzymać ten rekord tylko przez kilka tygodni – informacje na temat innych, bardziej odległych czarnych dziur zidentyfikowanych przez Webba są obecnie starannie analizowane przez społd astronomiczną.)
Dane Webba są praktycznie przepełnione precyzyjnymi informacjami, co ułatwia wyciągnięcie tych potwierdzeń.
Zespół nie tylko był w stanie rozróżnić, które emisje w widmie pochodzą od czarnej dziury, a które od jej galaktyki macierzystej, ale także mógł określić, ile gazu czarna dziura pochłania i określić tempo tworzenia się gwiazd w jej galaktyce.
Zespół odkrył, że ta galaktyka pochłania tyle gazu, ile jest w stanie, jednocześnie wytwarzając nowe gwiazdy. Zwrócili się do obrazów, aby zbadać, dlaczego tak się dzieje. Wizualnie CEERS 1019 wygląda na trzy jasne skupiska, a nie na pojedynczą okrągłą dysk.
Scena zapełniają się bardziej odległymi czarnymi dziurami i galaktykami Badania CEERS są obszerne i jest jeszcze wiele do odkrycia. Członek zespołu, Dale Kocevski z Colby College w Waterville, Maine, i zespół szybko zauważyli kolejną parę małych czarnych dziur na podstawie danych. Pierwsza, w galaktyce CEERS 2782, była najłatwiejsza do wykrycia. Nie ma tam pyłu przeszkadzającego w obserwacji przez Webba, więc badacze mogli natychmiast określić, kiedy czarna dziura istniała w historii wszechświata – tylko 1,1 miliarda lat po Wielkim Wybuchu. Druga czarna dziura, w galaktyce CEERS 746, istniała nieco wcześniej, 1 miliard lat po Wielkim Wybuchu. Jasny dysk akrecyjny, pierścień złożony z gazu i pyłu, otaczający jej supermasywną czarną dziurę, jest jednak wciąż częściowo zakryty przez pył.
Podobnie jak w przypadku CEERS 1019, te dwie czarne dziury są również “lekkie” – przynajmniej w porównaniu do wcześniej znanych supermasywnych czarnych dziur w tych odległościach. Mają tylko około 10 milionów razy większą masę od Słońca.
Czułe spektra Webba pozwoliły badaczom również zmierzyć precyzyjne odległości i tym samym wiek galaktyk we wczesnym wszechświecie. Członkowie zespołu Pablo Arrabal Haro z NSF’s NOIRLab i Seiji Fujimoto z University of Texas w Austin zidentyfikowali 11 galaktyk, które istniały od 470 do 675 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Są one nie tylko niezwykle odległe, ale także zauważalne jest fakt, że wykryto tak wiele jasnych galaktyk. Badacze teoretyzowali, że Webb wykryje mniej galaktyk niż te, które są obecnie znajdowane na tych odległościach.
Te galaktyki szybko wytwarzają gwiazdy, ale nie są jeszcze tak chemicznie wzbogacone jak galaktyki, które są znacznie bliżej naszego domu. “Webb jako pierwszy wykrył niektóre z tych galaktyk” – wyjaśnił Fujimoto. “Ten zestaw, wraz z innymi odległymi galaktykami, które możemy zidentyfikować w przyszłości, może zmienić nasze pojęcie o tworzeniu się gwiazd i ewolucji galaktyk w całej historii kosmosu” – dodał.
To tylko pierwsze przełomowewyniki badań przeprowadzanych w ramach programu CEERS.
W przyszłości dane Webba mogą również być wykorzystane do wyjaśnienia, jak powstawały wczesne czarne dziury, co może wymagać zmiany modeli naukowych dotyczących wzrostu i ewolucji czarnych dziur w pierwszych kilkuset milionach lat historii wszechświata.
______________________
Spodobał Ci się wpis ? To postaw kawę
