4 Minutės
Astronomai patvirtino toliausią ir ankstyviausią iki šiol žinomą supermasyvią juodąją skylę, slypinčią kompaktiškoje, raudonoje galaktikoje CAPERS-LRD-z9. Stebėjimai rodo, kad šios galaktikos centrinė juodoji skylė jau svėrė apie 300 milijonų Saulės masių, kai Visatai buvo vos 500 milijonų metų, tai sudaro apie 3 procentus dabartinio Visatos amžiaus. Šis atradimas nustumia masyvių juodųjų skylių stebėjimų ribas iki Kosminio aušros laikotarpio ir pateikia fizinį paaiškinimą naujai aptiktai paslaptingai objektų populiacijai, kurią neseniai užfiksavo James Webb kosminis teleskopas (JWST).
CAPERS-LRD-z9 centre esanti juodoji skylė veikia kaip aktyvus galaktikos branduolys (AGN), kuri intensyviai traukia ir ryja dujas, skleisdama stiprią spinduliuotę. Kadangi kaupimosi zona yra gaubta dulkių ir įkaitusių dujų, ši galaktika JWST infraraudonuosiuose vaizduose atrodo labai raudona, atitinkanti vadinamųjų Mažųjų raudonų taškų (LRD) išvaizdą – pastarieji mokslininkams kelia klausimų nuo pat pirmųjų JWST duomenų.
Spektroskopiniai duomenys buvo lemiami patvirtinant šią juodąją skylę. Išskaidę atskriejančią šviesą į spektrą, astronomai išmatavo Doplerio poslinkius emisijos linijose, kurias sukuria dujos šalia branduolio. Aptiktos dujos juda įspūdingu, maždaug 3 000 km/s greičiu – tai 1 procentas šviesos greičio ir liudija apie stiprų supermasyvios juodosios skylės gravitacinį lauką. Toks platus ir greitas linijų profilis retai kyla dėl kitų astrofizikinių procesų, todėl spektroskopija itin svarbi AGN atpažinimui ankstyvojoje Visatoje.
Pasak pagrindinio tyrimo autoriaus ir astrofiziko Anthony Taylor iš Teksaso universiteto Ostine, rastas spektrinis parašas yra išskirtinis ir žymi dabartinę stebėjimų ribą tiriant labai tolimas juodąsias skyles. JWST infraraudonoji jautra čia itin svarbi: Kosminio aušros metu atsiradusi šviesa dėl Visatos plėtimosi persikelia į infraraudonąsias bangas, todėl JWST gali aptikti ir analizuoti anksčiau nematomus šaltinius.
Mažieji raudoni taškai (LRD) išsiskyrė kaip nauja kategorija JWST giluminiuose stebėjimuose: tai neįprastai ryškūs, kompaktiški ir labai raudoni šaltiniai, matomi maždaug praėjus 600 mln. metų po Didžiojo sprogimo, bet išnykstantys iki pirmojo milijardo metų. Spektroskopinis CAPERS-LRD-z9 AGN patvirtinimas rodo, kad daug LRD yra sparčiai augančių, dulkėmis dengiamų supermasyvių juodųjų skylių dominuojamos galaktikos.
CAPERS-LRD-z9 juodoji skylė yra išskirtinė ne tik savo dydžiu, bet ir santykiu su galaktikos mase. Turėdama apie 300 mln. Saulės masių, ji gali sudaryti net pusę visos žvaigždžių masės galaktikoje. Dabartinėje Visatoje esančios supermasyvios juodosios skylės dažniausiai sudaro vos 0,1 proc. savo galaktikos žvaigždžių masės. Toks didelis juodųjų skylių ir galaktikų masių santykis rodo, kad ankstyvųjų galaktikų ir juodųjų skylių bendra raida galėjo ženkliai skirtis – juodųjų skylių augimas kartais smarkiai lenkdavo žvaigždžių formavimąsi.
CAPERS-LRD-z9 yra itin kompaktiška – net ir su itin ryškiais JWST infraraudonaisiais vaizdais šio objekto skersmuo nesiekia 1 140 šviesmečių, taigi ji prilygsta nykštukinei galaktikai, o ne brandžioms spiralinėms galaktikoms.
Mokslininkai aptaria dvi pagrindines žymaus masės augimo scenarijus pradedant nuo pradinių juodųjų skylių. Jei pirminė juodoji skylė buvo masyvi – apie 10 000 Saulės masių – nuolatinis augimas pagal Eddingtono ribą gali paaiškinti stebimą masę per 500 mln. metų. Kitu atveju, jeigu pradinis objektas buvo gerokai mažesnis (~100 Saulės masių), tada galėjo įvykti super-Eddingtono akrecijos etapai – itin spartus, radiacijos neefektyvus augimas, galbūt vykęs tankiame dujų debesyje, sulaikančiame spinduliuotę.
Didelių pradinių skylių kilmė gali būti susijusi su pirminėmis juodosiomis skylėmis, iš pradinių dujų debesų tiesiogiai kolapsavusių objektų, intensyvių žvaigždžių susidūrimų klasteryje ar Population III žvaigždžių likučių – Visatos pirmosios kartos žvaigždžių. Skirti šiuos scenarijus leis tik didesnės ankstyvųjų AGN imtys ir tiksliai ištirtos priimančių galaktikų savybės.
Šis atradimas parodo, kokias dideles galimybes turi JWST tiriant juodųjų skylių augimą Kosminės aušros laikotarpiu bei siejant šiuos branduolius su LRD populiacija. Tačiau kartu išryškėja ir esamų instrumentų ribotumai: už šio raudžio diapazono juodųjų skylių aptikimas ir patvirtinimas darosi vis sudėtingesnis. Pasak Taylor, šiuo metu mus riboja esamų teleskopų jautrumas ir spektrinė raiška, todėl norint išplėsti ankstyvųjų AGN tyrimus reikės pažangių technologijų bei platesnių stebimųjų erdvių.
Ateityje su naujais JWST stebėjimais, itin dideliais teleskopais (ELT) ir planuojamomis rentgeno misijomis bus galima nustatyti, kaip dažnai pirmajame milijarde metų atsirasdavo tokios pernelyg didelės juodosios skylės ir ar LRD fazė yra laikinas, bet svarbus galaktikų struktūros formavimosi etapas. Suprasti šį ryšį būtina norint atkurti, kaip ttypinės galaktikos – įskaitant Paukščių Taką – formavo savo žvaigždžių masę kartu auginant centrines juodąsias skyles.
Spektroskopinis apie 300 milijonų Saulės masių juodosios skylės CAPERS-LRD-z9 patvirtinimas išplečia mums žinomų supermasyvių juodųjų skylių populiaciją Kosminės aušros laikotarpiu ir pateikia pagrįstą paaiškinimą Mažųjų raudonų taškų reiškiniui, užfiksuotam JWST. Šio objekto didžiulė masė ir kompaktiška priimančioji galaktika rodo labai spartų, ankstyvą juodosios skylės augimą, kuris gali netgi dominuoti galaktikos masės biudžete. Ateities infraraudonieji spektroskopiniai tyrimai ir platesnės stebėjimų imtys bus lemiami, siekiant suprasti, ar CAPERS-LRD-z9 yra išimtinis atvejis, ar dažnas, bet trumpalaikis Visatos ankstyvo raidos etapas.
Šaltinis: iopscience.iop
Komentarai