Svemirski teleskop James Webb otvorio je neugodno pitanje za astronome: kako su crne rupe u nekim od najranijih galaksija mogle narasti tako brzo? Dio njih izgledao je gotovo prevelik za galaksije u kojima se nalazi, kao da su supermasivni motori nastali prije nego što je svemir za to imao dovoljno vremena.
Nova analiza sada nudi drukčije objašnjenje. Neke od tih crnih rupa možda nisu toliko masivne koliko su pokazivala prva mjerenja. Moguće je da rastu iznimno brzo, u režimu u kojem njihovi akrecijski diskovi mijenjaju izgled svjetlosti i navode astronome na previsoku procjenu mase.
Ako je taj scenarij točan, problem ranih crnih rupa ne nestaje. Webb i dalje pokazuje da su se aktivne crne rupe pojavile vrlo rano u povijesti svemira. No dio napetosti možda ne dolazi samo iz toga što su objekti neobično veliki, nego i iz toga što ih mjerimo alatima razvijenima na mirnijim, bližim sustavima.
Objekti koji su izgledali preveliko za svoje galaksije
Webb je posljednjih godina pronašao niz ranih galaksija u kojima se vide znakovi aktivnih crnih rupa. Takvi objekti sjaje zato što plin i prašina padaju prema središtu galaksije, zagrijavaju se u akrecijskom disku i oslobađaju golemu količinu energije.
Masa crne rupe obično se procjenjuje iz brzine plina koji kruži u njezinoj blizini. Što su spektralne linije šire, to se plin brže giba, a gravitacija mora biti jača. Ta metoda dobro je utemeljena u obližnjem svemiru, ali u najranijim galaksijama slika postaje manje čista.
Upravo tu nastaje problem. Kod dijela Webbovih ranih objekata crne rupe ispadaju iznenađujuće masivne u odnosu na galaksije oko sebe. Sličnu napetost otvorila su i opažanja vrlo rane galaksije s neobično velikom crnom rupom, gdje se ponovno postavlja isto pitanje: jesu li crne rupe u mladom svemiru doista rasle tako brzo ili dio slike još ne razumijemo dovoljno dobro?
Rendgenska tišina mijenja priču
Rad objavljen u časopisu Astronomy & Astrophysics bavi se skupinom od 14 ranih aktivnih galaktičkih jezgri koje imaju jednu neobičnu zajedničku osobinu: vrlo su slabe u rendgenskom području.
To je važno zato što aktivne crne rupe obično imaju vruću koronu iznad akrecijskog diska. Ta bi korona trebala proizvoditi snažno rendgensko zračenje. Kada ga nema, astronomi moraju objasniti zašto objekt koji izgleda aktivno ne pokazuje jedan od očekivanih tragova takve aktivnosti.
Jedna mogućnost jest da su crne rupe zaista vrlo masivne, ali trenutno slabo hrane svoje diskove. Druga je zanimljivija: crne rupe mogu biti manje, ali konzumirati materijal iznimno brzo. U tom slučaju disk ne izgleda kao standardni disk oko mirnije crne rupe, a mjerenja mase mogu otići u pogrešnom smjeru.
Manje crne rupe, brži rast
Tim koji vodi Alessandro Trinca iz Astronomskog opservatorija INAF-a u Rimu testirao je scenarij u kojem crne rupe rastu super-Eddingtonovim tempom. To znači da materijal pada prema crnoj rupi brže nego što bi jednostavna granica ravnoteže između gravitacije i zračenja dopuštala.
Takav režim ne mora izgledati kao klasična slika urednog, tankog akrecijskog diska. Geometrija diska, tok plina i zračenje mogu promijeniti spektralne linije koje astronomi koriste za procjenu mase. Objekt tada može izgledati kao golema crna rupa koja miruje, iako je zapravo manji sustav koji se hrani vrlo agresivno.
Prema usporedbi modela, gotovo svih 14 analiziranih objekata bolje se uklapa u tu drugu sliku. Drugim riječima, dio ranih crnih rupa koje su izgledale pretjerano masivno možda je zapravo skupina manjih, ali iznimno brzo rastućih crnih rupa.
To se dobro uklapa u širu Webbovu sliku ranog svemira, u kojoj su male crvene točke već otvorile mogućnost da je mladi svemir bio pun skrivenih, brzo rastućih aktivnih jezgri.
Problem nije riješen, ali je postao zanimljiviji
Znanstvenici ne tvrde da je time riješena zagonetka ranih supermasivnih crnih rupa. Postoje i druga objašnjenja za slabo rendgensko zračenje, uključujući guste oblake plina koji mogu zakloniti aktivnu jezgru. Za sigurniji odgovor trebat će bolji spektri i opažanja na više valnih duljina.
Ipak, zaključak je važan. Webb možda nije samo pronašao crne rupe koje izazivaju postojeće modele rasta. Pokazao je i da se same metode mjerenja moraju pažljivije provjeravati kada ih primjenjujemo na objekte iz prvih stotina milijuna godina svemira.
Rani svemir možda zato nije manje neobičan nego što se činilo. Samo je teži za razumijevanje. U njemu crne rupe mogu rasti brže, diskovi mogu sjajiti drukčije, a jedan od najvažnijih tragova može biti upravo ono što nedostaje: rendgensko zračenje koje bi, prema jednostavnijoj slici, trebalo biti tamo.