Svemirski teleskop James Webb otkrio je tragove triju aktivnih supermasivnih crnih rupa u galaksiji J0148-4214. Svjetlost te galaksije do Zemlje je putovala više od 12,5 milijardi godina, pa je vidimo kakva je bila kada je svemir bio star tek oko 1,2 milijarde godina.
Riječ je o prvom dokazu da se tri aktivne crne rupe nalaze u istoj tako udaljenoj galaksiji. Otkriće pokazuje da su sudari i spajanja mladih galaksija mogli imati važnu ulogu u brzom rastu crnih rupa u ranom svemiru.
Dvije crne rupe nalaze se blizu središta galaksije
Dvije crne rupe smještene su u središnjem području J0148-4214. U projekciji su međusobno udaljene oko 620 svjetlosnih godina.
Najveća od njih ima procijenjenu masu oko 80 milijuna Sunčevih masa. Druga je mnogo manja i ima približno 600.000 Sunčevih masa. Treća crna rupa nalazi se izvan središta, oko 5500 svjetlosnih godina dalje, a njezina se masa procjenjuje na približno dva milijuna Sunčevih masa.
Sve tri crne rupe trenutačno privlače materijal iz svoje okoline. Plin koji pada prema njima zagrijava se i emitira snažno zračenje, zbog čega ih je moguće otkriti na golemim udaljenostima.
Najmanja crna rupa u središtu pritom se hrani brže od svoje mnogo veće susjede. Procijenjena stopa njezina rasta doseže ili premašuje Eddingtonovu granicu, teorijsku granicu pri kojoj zračenje nastalo padanjem materijala počinje ograničavati dotok novog plina.
Ukupna masa zvijezda u galaksiji procijenjena je na oko 1,3 milijarde Sunčevih masa. U odnosu na svoju galaksiju, tri crne rupe zato imaju neuobičajeno velik udio.
Webb je već otkrio nekoliko vrlo starih crnih rupa, ali ovaj sustav razlikuje se po tome što se tri aktivna objekta nalaze unutar jedne galaksije.
Vodik je otkrio objekte koje ne možemo izravno vidjeti
Crne rupe same ne emitiraju svjetlost. Astronomi ih pronalaze prema zračenju materijala koji kruži oko njih i pada prema njihovoj granici iz koje više nema povratka.
U slučaju galaksije J0148-4214 ključan je bio vodik. Plin u blizini aktivne crne rupe kreće se velikom brzinom, a to ostavlja karakterističan, proširen trag u emisijskoj liniji H-alfa.
U središnjem dijelu galaksije ta linija nije imala oblik koji bi odgovarao jednom izvoru. Analiza je pokazala dvije različite široke komponente, što upućuje na dvije odvojene regije u kojima se plin kreće oko crnih rupa. Treća široka komponenta pronađena je u vanjskom dijelu galaksije.
Webbov instrument NIRSpec omogućio je istraživačima da istodobno analiziraju sastav svjetlosti i njezin položaj unutar galaksije. Bez takvih podataka tri bi se izvora vjerojatno stopila u jedan nejasan signal.
Istraživači su provjerili i druga moguća objašnjenja, uključujući supernove, udarne valove, zvjezdane vjetrove i vrlo masivne zvijezde. Podaci ipak najbolje odgovaraju tumačenju prema kojemu J0148-4214 sadrži tri aktivne crne rupe.
Zato je preciznije govoriti o dokazima za tri crne rupe nego o izravnoj fotografiji triju objekata. Webb ih nije snimio kao tri zasebne tamne točke, nego ih je prepoznao prema njihovim učincima na okolni plin.
Središnji par mogao bi se spojiti
Dvije crne rupe blizu središta s vremenom bi se mogle približiti i spojiti. Jednostavan izračun daje vremenski raspon od nekoliko stotina milijuna godina, ali ta procjena ovisi o njihovim orbitama, raspodjeli zvijezda, plina i tamne tvari u galaksiji.
Treća crna rupa mogla bi se postupno kretati prema središtu. Druga je mogućnost da je riječ o ostatku ranijeg spajanja koji je gravitacijski udar izbacio iz središta galaksije.
Ako u istom sustavu doista djeluju tri masivne crne rupe, njihove bi gravitacijske interakcije mogle ubrzati buduća spajanja. Takvi bi sudari proizveli gravitacijske valove, slične onima o kojima smo prethodno pisali u tekstu Gravitacijski valovi otkrili što se skriva u srcima galaksija.
Otkriće ne znači da je svaka galaksija u ranom svemiru sadržavala tri crne rupe. Pokazuje da su višestruki sustavi mogli nastajati u razdoblju kada su se galaksije češće sudarale i spajale nego danas.
U običnom zbroju svjetlosti J0148-4214 vjerojatno bi izgledala kao galaksija s jednom aktivnom crnom rupom. Tek kada je Webb razdvojio njezinu svjetlost po položaju, pokazalo se da se iza tog sjaja krije cijeli sustav.
