Kad je svemirski teleskop James Webb (JWST) počeo slati prve znanstvene podatke 2022. godine, mnogi su očekivali spektakularne slike ranog svemira. No među prvim rezultatima stiglo je i nešto posve neočekivano — zagonetni svjetlosni signali iz razdoblja od svega 600 milijuna godina nakon Velikog praska.
Ti slabi, ali brojni izvori svjetlosti, smješteni na nevjerojatnim udaljenostima, postali su poznati kao male crvene točke. Detektirano ih je više od 300, a njihova infracrvena svjetlost ukazuje na nevjerojatnu stvar: objekti su toliko svijetli da sugeriraju goleme zvjezdane mase. Toliko velike da u tom razdoblju svemira — barem prema sadašnjim modelima — ne bi smjele postojati.
Nisu galaksije, ali ponašaju se kao da jesu
Početna interpretacija bila je da su male crvene točke mlade galaksije s aktivnim galaktičkim jezgrama, pokretanima supermasivnim crnim rupama. Crvena boja svjetlosti ukazuje na prisutnost akrecijskih diskova — golemih slojeva plina i prašine koji spiralno padaju prema središtu gravitacije.
Međutim, čim se krenulo u detaljnije promatranje, sve je postalo čudnije. Ovi objekti ne emitiraju rendgenske zrake, što bi se očekivalo od aktivnih galaktičkih jezgri. Njihov spektar u infracrvenom području je gotovo potpuno ravan, bez varijacija. Također, ne pokazuju karakterističnu varijabilnost u svjetlini.
Drugim riječima, ne ponašaju se kao poznate galaksije, niti kao tipični AGN-ovi. Pitanje koje se nameće: ako to nisu galaksije, što jesu?
Teorija o supermasivnim zvijezdama iz ranog svemira
U novoj studiji objavljenoj na otvorenom server arXiv, autori Devesh Nandal sa Sveučilišta Virginia i Avi Loeb iz Centar za astrofiziku Harvard–Smithsonian iznose intrigantnu hipotezu: možda promatramo supermasivne zvijezde (SMS) — hipotetske objekte mase oko milijun Sunaca, koje su postojale samo u najranijem svemiru.
Prema toj ideji, supermasivne zvijezde mogle su nastati iz hladnih, gustih oblaka vodika bez tragova metala — takozvane zvijezde Populacije III. Njihov bi životni vijek bio iznimno kratak, svega nekoliko tisuća godina, nakon čega bi kolabirale u crne rupe. Te rane crne rupe potom bi djelovale kao jezgre oko kojih se razvijaju prve galaksije.
Ova hipoteza, ako se potvrdi, objasnila bi zašto već u tako ranom svemiru opažamo postojanje supermasivnih crnih rupa — unatoč tome što prema standardnim modelima jednostavno nije bilo dovoljno vremena da one narastu do opaženih masa.
Atmosferski model koji savršeno odgovara opažanjima
Kako bi testirali hipotezu, Nandal i Loeb izradili su računalni model atmosfere zvijezde mase milijun Sunaca, bez ijednog atoma metala. U tom simuliranom objektu promatrali su razvoj fotosfere, temperaturne gradijente i spektralne linije koje bi takva zvijezda emitirala.
Izvor: Killi i sur., 2024., Astronomy & Astrophysics
Rezultat je bio iznimno uvjerljiv.
Model je precizno reproducirao ukupni sjaj malih crvenih točaka. Štoviše, spektar simulirane supermasivne zvijezde pokazivao je upravo one značajke koje su zabilježene kod dvaju konkretnih objekata: MoM-BH*-1 i The Cliff, koji se u znanstvenoj literaturi često navode kao reprezentativni primjeri.
Ključna karakteristika: Balmerove linije i Hβ emisija
Najvažniji dio analize odnosi se na spektar svjetlosti koje emitiraju male crvene točke — točnije, na njihov spektroskopski potpis, odnosno “otiske” koje različiti kemijski i fizički procesi ostavljaju u svjetlosti koju objekt emitira.
U ovom slučaju, znanstvenici su uočili široku emisijsku liniju vodikova atoma (Hβ), što znači da objekt isijava dodatnu svjetlost pri toj valnoj duljini. Istodobno, u spektru se pojavljuju i apsorpcijske Balmerove linije, koje nastaju kad vanjski slojevi zvijezde upijaju dio svjetlosti iznutra.
Takva kombinacija — emisija i apsorpcija pri točno određenim valnim duljinama — ukazuje na gusto, prošireno zvjezdano okruženje kakvo se očekuje kod supermasivne zvijezde koja je pred urušavanjem u crnu rupu.
Osim toga, spektar sadrži i karakterističan “V-oblik” prekida u intenzitetu svjetlosti u tzv. Balmerovom području. Taj oštar prijelaz, poznat kao Balmerova pukotina, teško je objasniti ako se radi o galaksiji s mnogo pojedinačnih zvijezda — ali se prirodno pojavljuje kod jednog, vrlo masivnog i zbijenog zvjezdanog tijela.
Jedan objekt, jedno objašnjenje
Model supermasivne zvijezde nudi prednost koju astronomi jako cijene: jednostavnost. Za razliku od modela galaksija koji zahtijevaju tri odvojene komponente — jezgru, akrecijski disk i omotač prašine — zvijezdani model objašnjava sve karakteristike jednim objektom.
“Naš model pruža konzistentno i elegantno fizikalno objašnjenje za sve opažene značajke malih crvenih točaka,” pišu autori. “Njihova rijetkost također je u skladu s teorijskim predviđanjima, jer bi faza akrecije supermasivne zvijezde prije kolapsa trebala trajati kraće od tisuću godina.”
Studija ne donosi konačan dokaz, ali pruža snažnu teorijsku osnovu. Autori pozivaju na daljnja istraživanja: proširivanje modela na zvijezde različitih masa, promjene u sastavu i strukturi, te usporedbu s novim opažanjima iz JWST i drugih instrumenata.
No JWST već radi na granici svojih mogućnosti kad je riječ o ovim objektima. Za dublju potvrdu hipoteze možda će biti potreban još moćniji teleskop — ili preciznija spektroskopija postojećih podataka.
Ako se potvrdi da male crvene točke nisu galaksije, nego rijetke, umiruće supermasivne zvijezde, znanstvenici bi time dobili ključni uvid u nastanak prvih crnih rupa u svemiru — i riješili jednu od najupečatljivijih kozmoloških zagonetki našeg vremena.
Ivan je novinar, bloger i autor s više od 15 godina iskustva u digitalnim medijima. Piše o širokom spektru tema, uključujući svemir, astronomiju, znanost, povijest i arheologiju. Objavljuje kao gostujući autor u Večernjem listu, a kao stručni sugovornik gostovao je u emisijama na kanalima Science Discovery i History Channel. Osnivač je portala Kozmos.hr, prvog hrvatskog online magazina posvećenog popularizaciji znanosti i svemira.
