Iza gustih oblaka plina i prašine u ranom svemiru skrivaju se dvije aktivne supermasivne crne rupe. Astronomi su ih razlučili teleskopom James Webb i mrežom ALMA u sustavu LID-1166, u kojem se spajaju galaksije bogate plinom. Njihov razmak u ravnini neba iznosi približno 4900 svjetlosnih godina.
Obje crne rupe prikupljaju okolnu tvar, a analiza ukupnog zračenja sustava upućuje na osobito brz rast. Nalaz pruža rijedak pogled na fazu u kojoj sudar galaksija može dovoditi velike količine plina prema njihovim središtima. Upravo bi takve, prašinom zaklonjene epizode mogle pomoći objasniti kako su crne rupe rano stekle velike mase.
Tim pod vodstvom Hyewon Suh rezultate je objavio 30. listopada u časopisu Nature Astronomy. Autorska verzija rada dostupna je na arXivu od 21. srpnja.
Drugu jezgru otkrio je potpis užarenog plina
LID-1166 najprije je privukao pozornost rendgenskim zračenjem u pregledu neba zvjezdarnice Chandra. U dubokim Hubbleovim snimkama nije bio vidljiv, što je upućivalo na snažnu zaklonjenost. Za otkrivanje njegove unutarnje strukture bila je potrebna detaljna analiza infracrvene svjetlosti.
Webbov instrument NIRSpec omogućio je izdvajanje spektara iz različitih dijelova sustava. Kada su istraživači modelirali i uklonili sjaj dominantnog izvora, preostao je drugi kompaktni izvor. Oba pokazuju široku emisijsku liniju vodika H-alfa, obilježje plina koji se vrlo brzo giba u blizini aktivne crne rupe.
Crna rupa sama ne emitira svjetlost koju astronomi ovdje mjere. Zračenje nastaje dok se tvar u njezinoj okolini zagrijava i pada prema njoj. Takvo svijetlo središte galaksije naziva se aktivnom galaktičkom jezgrom. Više o tom načinu opažanja objašnjavamo u vodiču što je crna rupa i kako je astronomi otkrivaju.
Dvije jezgre razlikuju se i po spektru i po gibanju plina. To je važno jer gravitacijska leća ponekad stvara više prividnih slika istog udaljenog izvora. U slučaju LID-1166 te razlike podupiru zaključak da je riječ o dvjema zasebnim aktivnim crnim rupama.
ALMA je pronašla plin koji prati obje jezgre
Neovisnu provjeru pružila je ALMA u Čileu, mreža radioteleskopa koja opaža milimetarsko i submilimetarsko zračenje. Prateći emisiju ioniziranog ugljika, astronomi su razlučili dvije plinske komponente na položajima koji odgovaraju Webbovim izvorima. Razlikuju se i njihove brzine, u skladu s mjerenjima infracrvenog zračenja.
Podaci tako upućuju na spajanje dviju galaksija bogatih plinom, od kojih svaka u središtu ima aktivnu crnu rupu. Plin daje materijal za rast crnih rupa, a ujedno može zaklanjati njihov sjaj u optičkim opažanjima. Zato ovakvi sustavi mogu izostati iz pregleda koji se oslanjaju samo na uobičajene snimke.
Izmjereni razmak projiciran je na ravninu neba, pa stvarna udaljenost između dviju jezgara može biti veća. Spajanje galaksija traje mnogo dulje od ljudskog života, a ovi podaci ne određuju kada će se spojiti same crne rupe.
Koliko brzo rastu skrivene crne rupe?
Iz spektralnih linija autori procjenjuju mase reda desetaka milijuna Sunčevih masa. Za brzinu rasta važna je usporedba zračenja s Eddingtonovom granicom, koja opisuje ravnotežu između gravitacije i pritiska zračenja na plin u pojednostavljenom modelu.
Njihov model zaklanjanja rendgenskog izvora daje ukupno zračenje iznad te granice. Procjena se odnosi na sustav u cjelini jer Chandra ne može razlučiti doprinos svake jezgre. Ovisi i o tome kako se modelira upijanje zračenja u okolnom plinu, pa se iz nje ne može zasebno odrediti koliko brzo raste svaka crna rupa.
Parovi aktivnih jezgara otkriveni su i drugim postupcima, primjerice analizom gravitacijski povećanog sustava MG B2016+112. LID-1166 pokazuje kako kombinacija Webbovih spektara i ALMA-inih mjerenja može razotkriti par zaklonjen prašinom. Sustavna potraga za sličnim izvorima trebala bi pokazati koliko je takvih epizoda brzog rasta promaklo dosadašnjim pregledima neba.
