Astronomi su uočili galaksiju iz razdoblja svega 800 milijuna godina nakon Velikog praska koja skriva supermasivnu crnu rupu čija masa i energetski izlaz ne odgovaraju postojećim teorijama o razvoju galaksija. U vidljivom i ultraljubičastom dijelu spektra objekt izgleda poput uobičajene mlade galaksije u kojoj se stvaraju zvijezde. No infracrvena opažanja otkrivaju snažan, prašinom zaklonjen izvor energije koji upućuje na iznimno aktivnu crnu rupu u samom središtu.
Galaksija, poznata pod imenom Virgil, postaje jedan od ključnih primjera takozvanih “prekomasivnih” crnih rupa u ranom svemiru. Analiza pokazuje da je masa središnje crne rupe znatno veća nego što bi galaksija takve veličine i starosti, prema važećim modelima, trebala moći imati. Taj nesrazmjer dovodi u pitanje uvriježenu pretpostavku da galaksije i njihove crne rupe rastu postupno i u strogo povezanom odnosu.
Istraživanje je vodio tim astronoma s Opservatorija Steward pri Sveučilištu u Arizoni, na čelu s Georgeom Riekeom i Pierluigijem Rinaldijem, danas znanstvenikom u Znanstvenom institutu za svemirske teleskope (STScI). Rezultati su objavljeni u časopisu The Astrophysical Journal i temelje se na novim podacima svemirskog teleskopa James Webb. Iako je Virgil bio poznat i ranije, tek su opažanja u infracrvenom području razotkrila njegovu stvarnu prirodu.
Prije dolaska teleskopa James Webb prevladavalo je shvaćanje da se galaksije najprije formiraju, a zatim u njihovim jezgrama postupno rastu crne rupe, pri čemu oba sustava napreduju zajedno kroz kozmičko vrijeme. Virgil sugerira drukčiji scenarij, u kojem crna rupa u ranoj fazi razvoja može rasti brže od galaksije domaćina i dosegnuti masu koja premašuje teorijska očekivanja.
Crne rupe koje su rasle brže od svojih galaksija
“JWST je pokazao da su naše ideje o tome kako su se supermasivne crne rupe formirale bile praktički potpuno pogrešne”, izjavio je George Rieke, professor astronomije i jedan od pionira infracrvene astronomije. “Čini se da crne rupe u mnogim slučajevima zapravo preteknu galaksije. To je najuzbudljiviji dio onoga što sada otkrivamo.”
Virgil pripada zagonetnoj skupini objekata koje astronomi nazivaju male crvene točke. Riječ je o kompaktnim, izrazito crvenim izvorima koje je svemirski teleskop James Webb otkrio u velikom broju u ranom svemiru. Njihova izražena crvenost posljedica je širenja svemira, koje rasteže svjetlost udaljenih objekata i pomiče je prema duljim valnim duljinama prije nego što stigne do promatrača.
Ovi objekti pojavljuju se u velikom broju oko 600 milijuna godina nakon Velikog praska, a zatim gotovo nestaju oko 1,5 milijardi godina kasnije. Njihova priroda i daljnja sudbina dugo su bile nejasne, a predložena objašnjenja uključivala su procese povezane s intenzivnim stvaranjem zvijezda, ali i egzotičnije fizikalne scenarije. Virgil se pritom ističe kao najcrveniji i energetski najekstremniji primjer unutar te populacije.
Ako su se male crvene točke u ranom svemiru pojavljivale u velikom broju, postavlja se pitanje što je s njima bilo kasnije. Budući da ništa ne može napustiti svemir, ti objekti moraju postojati negdje i danas. Ovo otkriće pridonosi boljem razumijevanju rane evolucije crnih rupa i moglo bi ukazivati na moguće rješenje te zagonetke.
Infracrvena opažanja otkrivaju skrivenu populaciju
Presudnu ulogu u otkriću imala su opažanja instrumentom Mid-Infrared Instrument, MIRI, na teleskopu James Webb, za koji je Rieke voditelj znanstvenog tima. Kada se koriste samo podaci instrumenata Near Infrared Camera i Near-Infrared Spectrograph, Virgil izgleda kao sasvim obična galaksija u kojoj se stvaraju zvijezde. Tek srednje infracrvene valne duljine otkrivaju snažno zračenje iz prašinom zaklonjene jezgre.
“Virgil ima dvije osobnosti”, rekao je Rieke. “Ultraljubičasto i optičko područje pokazuju njegovu mirnu stranu, tipičnu mladu galaksiju koja stvara zvijezde. No kada se uključe MIRI podaci, postaje jasno da se u središtu nalazi snažno zaklonjena supermasivna crna rupa koja oslobađa goleme količine energije.”
“MIRI nam omogućuje da vidimo procese koji su potpuno skriveni u vidljivom dijelu spektra”, dodao je Rinaldi. “Zvijezde je lako uočiti jer sjaje, ali postoji mnogo više od samih zvijezda, a to možemo razotkriti tek u infracrvenom području.”
Autori upozoravaju da bi ograničeno korištenje MIRI-ja u mnogim istraživanjima moglo značiti da astronomi sustavno propuštaju čitavu populaciju prašinom zaklonjenih crnih rupa u ranom svemiru. Takvi objekti mogli su imati važnu ulogu u ranim fazama kozmičke povijesti, pa čak i pridonijeti reionizaciji svemira tijekom razdoblja od oko 100 do 200 milijuna godina nakon Velikog praska, kada su se počele paliti prve zvijezde.
Zasad nije zabilježen nijedan drugi objekt s obilježjima usporedivima s Virgilom u tako ranom razdoblju. Ipak, istraživači smatraju da je to vjerojatnije posljedica ograničenja opažanja nego stvarne rijetkosti. Buduća duboka opažanja u srednjem infracrvenom području trebala bi pokazati predstavlja li Virgil iznimku ili tek prvi uvid u dosad skrivenu populaciju ekstremnih crnih rupa u ranom svemiru.
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.
