Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba wykrył najodleglejsze jak dotąd połączenie się dwóch galaktyk i ich masywnych czarnych dziur. W chwili tego zdarzenia Wszechświat miał zaledwie 740 milionów lat - poinformowali badacze. To odkrycie może pomóc wyjaśnić, dlaczego supermasywne czarne dziury są tak ogromne.
Astronomowie zdołali odkryć supermasywne czarne dziury, czyli takie o masach milionów, a nawet miliardów mas Słońca, w większości dużych galaktyk, w tym w Drodze Mlecznej. Zdaniem naukowców miały one prawdopodobnie znaczny wpływ na ewolucję galaktyk, w których się znajdują, jednak wciąż brakuje jednoznacznych odpowiedzi na pytanie, w jaki sposób te obiekty zyskały tak olbrzymie masy. Obserwacje dokonane przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) rzucają nowe światło na tę kwestię.
Nowe obrazy zarejestrowane przez JWST dostarczają dowodów na połączenie się dwóch galaktyk i masywnych czarnych dziur w ich centrach. Wydarzyło się to w chwili, gdy Wszechświat miał tylko 740 milionów lat. To najodleglejsza fuzja czarnych dziur, jaką kiedykolwiek zauważyli badacze. Układowi temu nadano nazwę ZS7.
Odkrycie gigantycznych czarnych dziur powstałych w czasie krótszym niż miliard lat od Wielkiego Wybuchu (który nastąpił około 13,8 miliarda lat temu), wskazuje, że ich wzrost musiał przebiegać bardzo szybko.
Jedna z nich ma 50 milionów mas Słońca
Astronomowie identyfikują masywne czarne dziury na podstawie charakterystycznych cech spektrograficznych uzyskanych między innymi za pomocą instrumentu do badań w bliskiej podczerwieni (Near Infrared Spectrograph - NIRSpec), w który jest wyposażony teleskop Webba.
- Znaleźliśmy dowody na obecność gęstego gazu poruszającego się bardzo szybko w pobliżu czarnej dziury, a także gorącego i silnie zjonizowanego gazu, rozświetlonego przez promieniowanie energetyczne, wytwarzane zwykle przez czarne dziury podczas akrecji (opadania rozproszonej materii na powierzchnię czarnej dziury pod wpływem grawitacji) - wyjaśniła główna autorka badania, dr Hannah Übler z Instytutu Kosmologii Kavli na Uniwersytecie Cambridge.
Jak dodała badaczka, potężna rozdzielczość aparatury JWST pozwoliła jej zespołowi na przestrzenne rozdzielenie dwóch czarnych dziur i ustalenie, że jedna z nich ma masę 50 mln razy większą od masy Słońca.
- Masa drugiej czarnej dziury jest prawdopodobnie podobna, jednak znacznie trudniej to zmierzyć, ponieważ ten obiekt tkwi w gęstym gazie - tłumaczył członek zespołu, prof. Roberto Maiolino, astrofizyk z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Cambridge.
"Kształtowały ewolucję galaktyk od samego początku"
- Nasze odkrycia sugerują, że łączenie się jest ważnym procesem, dzięki któremu czarne dziury mogą szybko rosnąć i że było tak również w okresie kosmicznego świtu (okres od około 100 mln lat do miliarda lat po Wielkim Wybuchu ). Wyniki naszych badań pokazują również, że masywne czarne dziury kształtowały ewolucję galaktyk od samego początku - powiedziała dr Übler.
Autorzy odkrycia zauważają również, że połączone czarne dziury emitują fale grawitacyjne (niewidoczne zmarszczki w strukturze czasoprzestrzeni wywoływane przez gwałtowne i wysokoenergetyczne wydarzenia we Wszechświecie), które można wykryć za pomocą aparatury nowej generacji. W takie instrumenty będzie wyposażone pierwsze obserwatorium fal grawitacyjnych - Laser Interferometer Space Antenna (LISA). Misja ESA, która ma się rozpocząć w 2037 r., zakłada rozmieszczenie na orbicie okołosłonecznej trzech satelitów mierzących fale grawitacyjne.
Zespół dr Übler zajmie się teraz badaniem związków między masywnymi czarnymi dziurami a galaktykami, w których się mieszczą. Naukowcy za pomocą JWST będą wyszukiwać fuzje czarnych dziur, by określić częstotliwość takich zdarzeń, ich wpływ na rozrost czarnych dziur i pojawianie się fal grawitacyjnych.
Badanie opisano na łamach czasopisma "Monthly Notices of the Royal Astronomical Society".
Źródło: PAP, ESA
Źródło zdjęcia głównego: ESA/Webb, NASA, CSA, J. Dunlop, H. Übler, R. Maiolino