Svemirski teleskop James Webb otkrio je supermasivne crne rupe koje su prevelike za male galaksije koje ih sadrže. Kršeći davno poznate kozmičke skale, ovi objekti omogućuju astronomima proučavanje prvobitnog svemira.
Nova otkrića iz ranog svemira
Astronomi su nedavno otkrili da su supermasivne crne rupe u središtima ranih galaksija mnogo masivnije nego što se dosad mislilo. Ove iznenađujuće masivne crne rupe pružaju ključne uvide u podrijetlo svih supermasivnih crnih rupa i najranije faze razvoja galaksija koje ih sadrže.
U zrelim galaksijama poput naše Mliječne staze, ukupna masa zvijezda daleko nadmašuje masu centralne crne rupe, otprilike u omjeru 1000 prema 1. Međutim, u novootkrivenim udaljenim galaksijama, taj omjer pada na 100 ili čak 10 prema 1, a u nekim slučajevima i na 1 prema 1. To znači da crna rupa može imati masu jednaku ukupnoj masi zvijezda u svojoj galaksiji.
James Webb Space Telescope (JWST), najnoviji svemirski opservatorij, otkriva ove neočekivano masivne crne rupe u mladim galaksijama. Do lansiranja JWST-a krajem 2021. godine, astronomi su uglavnom proučavali udaljene crne rupe na izuzetno svijetlim kvazarima, sastavljenim od ogromnih crnih rupa koje potpuno nadmašuju zvijezde u svojim galaksijama.
“S JWST-om sada konačno možemo promatrati nižemasivne, ali ipak supermasivne crne rupe u malim, udaljenim galaksijama, i možemo vidjeti zvijezde u tim galaksijama,” kaže Fabio Pacucci, stipendist na Centru za astrofiziku | Harvard & Smithsonian (CfA). “Ovo nam omogućuje da po prvi put proučavamo rane crne rupe i njihove galaksije dok se zajedno razvijaju.”
Pacucci je glavni autor nove studije objavljene u The Astrophysical Journal Letters, koja izvještava o ovim otkrićima, predstavljajući rezultate na 243. sastanku Američkog astronomskog društva u New Orleansu.
Kršenje ustaljenih odnosa mase
“Naučili smo da udaljene, mlade galaksije krše odnos između mase crne rupe i mase zvijezda koji je vrlo dobro uspostavljen u obližnjim, zrelim galaksijama: ove prvobitne crne rupe nesumnjivo su premasivne u odnosu na zvjezdanu populaciju svojih domaćina,” kaže Roberto Maiolino, profesor na Sveučilištu Cambridge i koautor studije. “S JWST-om će biti moguće precizno odrediti kako su prve supermasivne crne rupe nastale pronalaženjem crnih rupa koje su dalje i manje od onih do sada otkrivenih.”
Pacucci i kolege proveli su statističku analizu skupa od 21 galaksije, udaljenih oko 12 do 13 milijardi svjetlosnih godina, promatranih kroz tri objavljena JWST pregleda. Ove galaksije sadrže centralne crne rupe s procijenjenim masama od desetaka ili stotina milijuna puta većih od mase Sunca.
“Vidimo da su crne rupe u mladim galaksijama koje je promatrao JWST oko deset do stotinu puta masivnije nego što predviđa odnos u lokalnom svemiru,” kaže Xiaohui Fan, profesor na Sveučilištu Arizona i suautor studije. “Omjer zvjezdane mase prema masi crne rupe u ranim galaksijama bio je puno manji tada, prije više od dvanaest milijardi godina, u usporedbi s današnjim. Ovaj rezultat ima važne implikacije za proučavanje prve populacije crnih rupa.”
Točno procjenjivanje ovog omjera trebalo bi pomoći u određivanju podrijetla supermasivnih crnih rupa—tzv. sjemena crnih rupa. Astronomi su skicirali dva glavna scenarija: “lagana” ili “teška” sjemena.
“Sjemena” crnih rupa
Lagana sjemena crnih rupa bila bi relativno mala, oko 100 do 1000 puta veća od mase Sunca, nastala kao ostaci prvih kolosalnih zvijezda. Teška sjemena crnih rupa započela bi s masama od oko 10,000 do 100,000 solarnih masa, nastala izravnim gravitacijskim kolapsom velikih oblaka plina.
Put teških sjemena, s većim početnim masama, olakšava brži razvoj supermasivnih crnih rupa koje su astronomi otkrili u posljednjih dvadeset godina. Nova otkrića premasivnih crnih rupa daju vjerodostojnost ovoj teoriji, jer simulacije predviđaju da bi crne rupe trebale biti jednako ili čak masivnije od zvjezdanog sastava mladih galaksija u kojima se nalaze.
Kako su galaksije i crne rupe ko-evoluirale ostaje otvoreno pitanje. Jesu li crne rupe rasle uglavnom povlačenjem plina ili spajanjem s drugim crnim rupama? Je li zvjezdana masa rasla unutar galaksije ili su bila potrebna spajanja s većim galaksijama? Pacucci i njegov tim očekuju da će odgovori doći s dodatnim JWST studijama.
“Tijekom vremena, omjer zvjezdane mase prema masi crne rupe dostiže lokalni omjer od 1000 prema 1 u modernom svemiru. To se događa kako crna rupa i njezin matični galaktički sustav evoluiraju zajedno, spajajući se s drugim galaksijama i formirajući nove zvijezde,” kaže Pacucci. “Ono što još uvijek istražujemo je kako je sve to počelo.”
Pozdrav svima! Hvala što čitate Kozmos.hr! Ja sam Ivan i dugi niz godina pišem o svermiu, astronomiji, znanosti, povijesti i arheologiji, a imao sam priliku sudjelovati i u dokumentarcima Science Discovery-ja te History Channel-a.
