Międzynarodowy zespół astronomów, kierowany przez University of Texas w Cosmic Frontier Center w Austin, zidentyfikował najbardziej odległą czarną dziurę, jaką kiedykolwiek potwierdzono. IT i galaktyka, którą nazywa domem, Capers-LRD-Z9, występują 500 milionów lat po Wielkim Wybuchu. To umieszcza to 13,3 miliarda lat w przeszłości, kiedy nasz wszechświat był zaledwie 3% jego obecnego wieku. Jako taki stanowi wyjątkową okazję do zbadania struktury i ewolucji tego enigmatycznego okresu.
„Szukając czarnych dziur, jest to tak daleko, jak to możliwe, praktycznie. Ich badania zostały opublikowane 6 sierpnia w Astrophysical Journal.
„Podczas gdy astronomowie znaleźli kilku, bardziej odległych kandydatów”-dodał Steven Finkelstein, współautorka na papierze i dyrektor Cosmic Frontier Center, „nie znaleźli jeszcze wyraźnej podpisu spektroskopowego związanego z czarną dziurą”.
Dzięki spektroskopii astronomowie dzielili światło na wiele długości fal, aby zbadać charakterystykę obiektu. Aby zidentyfikować czarne dziury, szukają dowodów szybko poruszającego się gazu. Gdy krąży i wpada w czarną otwór, światło od gazu odsuwającego się od nas jest rozciągane na znacznie czerwone długości fali, a światło od gazu poruszającego się w kierunku nas jest sprężone w wiele błękitniejszych długości fali. „Nie ma wielu innych rzeczy, które tworzą ten podpis” – wyjaśnił Taylor. „A ta galaktyka to ma!”
Zespół wykorzystał dane z programu Capers Jamesa Webba Space Telescope (Candels-Area Pism Epoch of Reionization Survey) do jego wyszukiwania. Wprowadzony na rynek w 2021 r. JWST zapewnia najbardziej dalekosiężne widoki w dostępną przestrzeń, a Capers zapewnia obserwacje najbardziej zewnętrznej krawędzi.
„Pierwszym celem Capers jest potwierdzenie i zbadanie najbardziej odległych galaktyk”-powiedział Mark Dickinson, współautorka na papierze i prowadzenie zespołu Capers. „Spektroskopia JWST jest kluczem do potwierdzenia ich odległości i zrozumienia ich właściwości fizycznych”.
Początkowo postrzegany jako interesujący plamek w obrazach programu, Capers-LRD-Z9 okazał się częścią nowej klasy galaktyk znanych jako „Little Red Dots”. Obecne tylko w ciągu pierwszych 1,5 miliarda lat wszechświata, te galaktyki są bardzo zwarte, czerwone i nieoczekiwanie jasne.
„Odkrycie Little Red Dots było główną niespodzianką z wczesnych danych JWST, ponieważ wyglądały one jak galaktyki widziane z Hubble Space Telescope” – wyjaśnił Finkelstein. „Teraz jesteśmy w trakcie ustalania, jak się one są i jak się stają”.
Capers-Lrd-Z9 może pomóc astronomom w to zrobić.
Po pierwsze, ta galaktyka dodaje do montażu, że supermasywne czarne dziury są źródłem nieoczekiwanej jasności w małych czerwonych kropkach. Zwykle ta jasność wskazywałaby na mnóstwo 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. To dlatego, że kompresują i podgrzewają spożywane materiały, tworząc ogromne światło i energię. Potwierdzając istnienie jednego w Capers-LRD-Z9, astronomowie znaleźli uderzający przykład tego połączenia w małych czerwonych kropkach.
Nowo odkryta galaktyka może również pomóc odpowiedzieć na to, co powoduje wyraźny czerwony kolor w małych czerwonych kropkach. Może to być dzięki grubej chmurze gazu otaczającemu czarną otwór, wypaczenia jego światła w czerwone długości fali podczas przechodzenia. „Widzieliśmy te chmury w innych galaktykach” – wyjaśnił Taylor. „Kiedy porównaliśmy ten obiekt z innymi źródłami, był to martwy dzwonek”.
Ta galaktyka jest również godna uwagi, jak kolosalna jest jej czarna dziura. Szacowana jako 300 milionów razy w naszym słońcu, jego masa mierzy nawet połowę wszystkich gwiazd w galaktyce. Nawet wśród supermasywnych czarnych dziur jest to szczególnie duże.
Znalezienie tak masywnej czarnej dziury tak wcześnie zapewnia astronomom cenną okazję do zbadania rozwoju tych obiektów. Czarna dziura obecna w późniejszym wszechświecie będzie miała różnorodne możliwości dolania się w ciągu swojego życia. Ale jeden obecny w ciągu pierwszych kilkuset milionów lat nie. „Zwiększa to rosnące dowody na to, że wczesne czarne dziury rosły znacznie szybciej, niż nam się wydawało” – powiedział Finkelstein. „Albo zaczęli o wiele bardziej masywne niż przewidują nasze modele”.
Aby kontynuować badania nad Capers-LRD-Z9, zespół ma nadzieję zebrać więcej obserwacji o wyższej rozdzielczości za pomocą JWST. Może to zapewnić większy wgląd w to, a rola odgrywała Czarne dziury w rozwoju małych czerwonych kropek. „To dla nas dobry obiekt testowy” – powiedział Taylor. „Do niedawna nie byliśmy w stanie studiować wczesnej ewolucji czarnych dziury i cieszymy się, że możemy zobaczyć, czego możemy się nauczyć z tego unikalnego obiektu”.
Dodatkowe dane dotyczące badań pochodziły z Instrumentu Spektroskopowego Dark Energy (DESI) w Kitt Peak National Observatory, programu NSF Noirlab.
