Teleskop James Webb možda je zabilježio najudaljeniju i dosad najstariju supermasivnu crnu rupu. Smještena je u središtu galaksije GHZ2, koju danas promatramo onakvu kakva je bila oko 350 milijuna godina nakon Velikog praska. Ako se potvrdi, riječ bi bila o najstarijem poznatom primjeru supermasivne crne rupe čiji se tako brz rast i dalje teško uklapa u postojeće modele ranog svemira.
Za analizu su poslužili instrumenti NIRSpec i MIRI, koji JWST-u otvaraju vrlo širok raspon valnih duljina. Svjetlost GHZ2, prvotno emitirana u ultraljubičnom i vidljivom području, tijekom kozmičkog širenja rastegnula se u infracrveno, a Webb ju upravo u tom području bilježi s najvećom osjetljivošću.
Doktorand Oscar Chavez Ortiz sa Sveučilišta u Teksasu u Austinu, glavni autor istraživanja, objašnjava da GHZ2 promatramo u razdoblju kada je svemir bio iznimno mlad. U takvim uvjetima i galaksija i njezina središnja crna rupa morali su rasti izuzetno brzo. U današnjem svemiru poznato je da se galaksije i njihove sredičnje crne rupe razvijaju usporedno, ali sustavi iz ovako ranog doba otvaraju dodatna pitanja. Prema Chavez Ortizu, postoje dva glavna scenarija: prve crne rupe mogle su nastati kao lagane jezgre koje su potom rasle nevjerojatnom brzinom, ili kao masivne jezgre koje su od početka imale znatnu početnu masu i time prednost u ranom svemiru.
Spektar koji odskače od ostalih mladih galaksija
Od otkrića GHZ2 2022. godine, Webb je pronašao čitav niz vrlo udaljenih galaksija. No GHZ2 se razlikuje po iznimno snažnim emisijskim linijama u spektru, svjetlosnim tragovima koji nastaju kada elektroni u atomima ili ionima oslobađaju energiju na točno određenim valnim duljinama. Takvi izotopni i ionski potpisi otkrivaju što zapravo pokreće ovu ranu galaksiju.
Jorge Zavala, astronom sa Sveučilišta u Massachusettsu Amherst i suautor istraživanja, ističe da se u spektru GHZ2 pojavljuju linije visoke ionizacije koje zahtijevaju iznimno snažna energijska polja. Dosadašnji modeli ionizacije plina temelje se ponajprije na obližnjim područjima intenzivnog stvaranja zvijezda i teško mogu objasniti ovako izražene vrijednosti. Linije takve snage mnogo se češće povezuju s aktivnim galaktičkim jezgrama, u čijem se središtu nalazi crna rupa koja aktivno prikuplja materiju i emitira vrlo energijsko zračenje.
Presudna je bila identifikacija C IV λ1548, linije koja potječe od trostruko ioniziranog ugljika. Gubitak triju elektrona zahtijeva iznimno snažno visokoenergijsko zračenje, nešto što obične zvijezde teško mogu proizvesti. Chavez Ortiz navodi da upravo takvi fotoni prirodno nastaju u aktivnim jezgrama, a snaga ove linije snažno je upućivala na postojanje crne rupe koja se hrani u središtu GHZ2.
Galaksija na granici mogućeg
Zbog neobične kombinacije svojstava, tim je morao razviti detaljne modele koji istodobno obuhvaćaju doprinos zvjezdanog skupa i eventualnu prisutnost aktivne jezgre.
Nakon brojnih provjera pokazalo se da se većina vidljivih linija može objasniti mladim zvjezdanim populacijama, ali izrazito snažna linija ioniziranog ugljika zahtijevala je dodatni izvor energije. Time se pokazalo da dio zračenja GHZ2 gotovo sigurno potječe od aktivne supermasivne crne rupe u njezinu središtu.
Ipak, Zavala upozorava da GHZ2 nema neke druge pokazatelje aktivne jezgre. To otvara još jednu mogućnost: galaksiju možda najvećim dijelom pogone zvijezde, ali zvijezde koje bi bile mnogo masivnije od uobičajenih, možda stotine ili tisuće puta masivnije od Sunca. Drugi je scenarij mješoviti izvor, gdje dio zračenja dolazi iz normalnog zvjezdanog stvaranja, a dio iz egzotičnih izvora poput supermasivnih zvijezda ili crne rupe u fazi brzog rasta.
Za potvrdu aktivnosti crne rupe znanstvenici planiraju dodatna JWST promatranja kako bi dobili spektre veće prostorne i valne razlučivosti. U kombinaciji s opažanjima iz ALMA-e, koja može zahvatiti linije u dalekom infracrvenom području, mogli bi dobiti osjetljiviji i potpuniji skup podataka.
Ako se potvrdi, GHZ2 bi postao domaćin najudaljenije supermasivne crne rupe ikad otkrivene. Takvo otkriće pruža rijedak prirodni laboratorij za testiranje modela ranog nastanka crnih rupa, bilo da se radi o laganim ili teškim jezgrama, u vremenu kada je svemir tek počeo oblikovati prve velike strukture.
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.
