U jednoj od najranijih faza svemira, supermasivna crna rupa očito je postojala prije nego što se oko nje uspjela razviti galaksija. Opservacije svemirskog teleskopa James Webb upućuju na to da u nekim slučajevima crne rupe nisu nastajale unutar već formiranih galaksija, nego su im možda prethodile.
Istraživanje međunarodnog tima predvođenog Robertom Maiolinom sa Sveučilišta u Cambridgeu objavljeno je u časopisu Monthly Notices of the Royal Astronomical Society i donosi nove argumente u raspravu o tome kako su nastali najmasivniji objekti u ranom svemiru.
Supermasivne crne rupe nalaze se u središtima gotovo svih velikih galaksija, uključujući i Mliječnu stazu, a njihove mase mogu doseći milijarde masa Sunca. No problem nastaje kada ih astronomi otkriju u epohi u kojoj, prema postojećim modelima, za njihovo formiranje jednostavno nije bilo dovoljno vremena.
Prema uobičajenoj slici, crne rupe nastaju nakon eksplozija masivnih zvijezda, a zatim rastu postupnim privlačenjem plina iz svoje okoline. Taj rast ipak nije neograničen. Iznad određene granice sjaja, poznate kao Eddingtonova granica, tlak zračenja postaje toliko snažan da počinje odbacivati materijal umjesto da ga crna rupa nastavlja privlačiti.
Upravo tu nastaje dugogodišnja zagonetka. Astronomi su već pronašli supermasivne crne rupe koje su postojale samo nekoliko stotina milijuna godina nakon Velikog praska. Prema standardnim modelima, to je prerano da bi u tako kratkom vremenu dosegle opservacijske mase.
QSO1 u gotovo netaknutom okruženju
Kako bi razjasnili taj problem, istraživači su detaljno analizirali QSO1, supermasivnu crnu rupu iz razdoblja kada je svemir bio star oko 700 milijuna godina. Taj izvor pripada skupini tzv. malih crvenih točaka, neobičnih objekata koje je James Webb otkrio u ranom svemiru i koje astronomi sve češće povezuju s najranijim fazama rasta crnih rupa.
Zasluge: Roberto Maiolino i suradnici
QSO1 je posebno pogodan za ovakvu analizu jer se nalazi iza skupa galaksija koji djeluje kao gravitacijska leća. Takav raspored pojačava svjetlost udaljenog objekta i omogućuje astronomima da ga promatraju detaljnije nego što bi to inače bilo moguće.
Tim je pritom koristio metodu integralnog polja, kojom se za svaku točku promatranog područja dobiva zaseban spektar. To im je omogućilo da razluče područje u kojem gravitacija crne rupe određuje gibanje okolnog plina i da na temelju toga izravnije procijene njezinu masu.
Kemijski sastav otkriva što ondje nedostaje
Jedan od najvažnijih rezultata rada proizlazi iz analize kemijskog sastava plina u okolini crne rupe. U najranijem svemiru postojali su gotovo isključivo vodik i helij, dok su teži elementi nastajali kasnije u unutrašnjosti zvijezda i širili se svemirom nakon eksplozija supernova.
U slučaju QSO1, istraživači su izmjerili iznimno malu količinu kisika, manju od jedan posto vrijednosti kakvu nalazimo na Suncu. Takav kemijski sastav upućuje na okoliš koji je ostao gotovo netaknut i u kojem se dotad formirao vrlo malen broj zvijezda.
To je važan trag. Da je ondje već postojala razvijenija galaksija, prostor oko crne rupe bio bi znatno kemijski obogaćeniji, jer bi prethodne generacije zvijezda iza sebe ostavile mnogo više težih elemenata.
Ako se u okolini još nije stvorilo mnogo zvijezda, postavlja se pitanje kako je crna rupa već uspjela postati toliko masivna. Upravo zato autori smatraju da je vjerojatniji scenarij u kojem crna rupa nije postupno rasla unutar već razvijene galaksije, nego je nastala vrlo rano kao već velik objekt.
Takav model najviše odgovara scenariju u kojem crna rupa nastaje već vrlo masivna. U tom slučaju crne rupe ne počinju kao mali ostaci zvijezda, nego mogu nastati izravnim kolapsom golemih oblaka tvari ili iz vrlo ranih gustih struktura nastalih nedugo nakon Velikog praska.
QSO1 zato ne izgleda kao primjer galaksije koja je s vremenom izgradila svoju središnju crnu rupu. Mnogo više nalikuje sustavu u kojem je crna rupa došla prva, a galaksija tek počela rasti oko nje. Ako se slični slučajevi potvrde i u budućim opažanjima, astronomi bi mogli biti prisiljeni ozbiljno preispitati kako su nastale prve supermasivne crne rupe u svemiru.
Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.
