Nova analiza snimki svemirskog teleskopa James Webb pokazala je da se oko 217 takozvanih malih crvenih točaka iz ranog svemira krije slaba, proširena svjetlost. Nalaz upućuje na to da ti objekti možda nisu samo točkasti izvori, nego središta vrlo kompaktnih galaksija u nekima od kojih se istodobno stvaraju zvijezde i rastu supermasivne crne rupe.
Istraživanje objavljeno u časopisu Nature Astronomy temelji se na kombiniranju Webbovih snimki iz četiri bliska infracrvena kanala. Središnji sjaj pojedinačnih malih crvenih točaka toliko je koncentriran da je njihovu okolnu svjetlost teško izdvojiti iz podataka. Slaganjem 217 objekata istraživači su pojačali zajednički, slabiji signal i odvojili ga od središnjeg izvora.
Zašto su male crvene točke važne
Male crvene točke pojavile su se u prvim većim Webbovim pregledima ranog svemira. Na snimkama izgledaju kao mali, crvenkasti i vrlo udaljeni izvori, a mnoge su opažene u razdoblju kada svemir još nije imao ni milijardu godina. Njihova brojnost, sjaj i neobični spektri otvorili su pitanje gledamo li vrlo mlade galaksije, aktivne galaktičke jezgre ili kratkotrajnu fazu u razvoju obaju sustava.
Dosadašnja istraživanja upućuju na to da se u središtu barem nekih malih crvenih točaka nalazi aktivna crna rupa. Drugi modeli pokušavaju objasniti njihov sjaj gustim slojevima plina ili zvijezdama koje nastaju u vrlo zbijenom području. Nova studija ne razrješava to pitanje za cijelu populaciju, ali donosi podatak koji je dosad nedostajao: kako izgleda njihova slaba okolna svjetlost u optičkom području u mirovanju.
Jedan od ranijih modela povezuje male crvene točke s naglim rastom crnih rupa, o čemu je Kozmos već pisao u tekstu Male crvene točke iz ranog svemira mogle bi biti trag nasilnog rasta crnih rupa. Ova studija pristupa problemu s druge strane: pokušava izdvojiti svjetlost galaksije koja okružuje središnji izvor.
Signal koji se vidi tek u kombiniranim podacima
Tim Yiyanga Zhanga i Xuhenga Dinga sa suradnicima upotrijebio je podatke pregleda COSMOS-Web. Najprije su modelirali središnji, gotovo točkasti izvor koji zbog ograničene razlučivosti teleskopa ne mogu prostorno razdvojiti. U tako dobivenoj zajedničkoj snimci zatim su tražili višak svjetlosti koji se proteže izvan središta.
To ne znači da je svih 217 objekata pojedinačno razlučeno. Rezultat opisuje prosječna svojstva uzorka: kombiniranjem se zajednički signal pojačava, dok se slučajni šum smanjuje.
Najjasniji signal pronađen je u Webbovu kanalu F444W. Nakon uračunavanja kozmološkog crvenog pomaka, ta svjetlost odgovara optičkom području u galaksiji. Takvo područje bolje prati zvjezdanu komponentu domaćina nego zračenje iz neposredne okolice aktivne crne rupe.
Galaksije domaćini mnogo su manje od očekivanog
Modeli koji opisuju četiri Webbova kanala upućuju na to da proširena komponenta dolazi od zvijezda u galaksiji. Istraživači su prosječnu zvjezdanu masu domaćina procijenili na približno milijardu Sunčevih masa. Unatoč toj masi, galaksija je vrlo mala: tipična veličina produžene komponente iznosi oko 200 parseka, odnosno približno 650 svjetlosnih godina.
U usporedbi s drugim galaksijama koje imaju sličnu masu i pripadaju istom kozmološkom razdoblju, takvi su domaćini približno 2,5 puta manji. Velika količina zvjezdane tvari tako se nalazi u prostoru koji je za rane galaksije neuobičajeno zbijen. Takva zbijenost može usmjeravati plin prema središtu, što pogoduje brzom stvaranju zvijezda i hranjenju crne rupe.
To ipak ne znači da svaka mala crvena točka nužno predstavlja galaksiju s crnom rupom. Proširena svjetlost pokazuje da se uz prosječni središnji izvor nalazi i galaktički domaćin, ali sama po sebi ne određuje prirodu svih središnjih objekata. Kod dijela populacije to može biti aktivna galaktička jezgra, dok za druge objekte i dalje postoje različita tumačenja.
Veza između prvih crnih rupa i galaksija
Astronomi u današnjem svemiru vide vezu između mase središnje supermasivne crne rupe i zvjezdane mase galaksije domaćina. U ranom svemiru ta se veza tek uspostavljala, pa nije jasno jesu li crne rupe rasle prije svojih galaksija, zajedno s njima ili u kratkim, burnim epizodama.
Ako proširena svjetlost doista većinom dolazi od zvijezda, rezultat omogućuje usporedbu središnjeg izvora i njegova domaćina. Male crvene točke mogle bi tada predstavljati kratku fazu u kojoj se u gustoj galaksiji istodobno povećavaju zvjezdana masa i crna rupa. Njihova kompaktnost mogla bi objasniti zašto su središnji izvori toliko sjajni, dok je njihovu okolnu galaksiju tako teško izdvojiti iz slike.
Zaključak se zasad temelji na prosječnom signalu, a ne na pojedinačnom razlučivanju svih galaksija. Za pouzdanije određivanje udaljenosti, sastava i brzine stvaranja zvijezda potrebna su dublja snimanja i spektroskopska mjerenja. Ona će pokazati koliko je taj obrazac raširen među malim crvenim točkama.
Studija ne određuje konačnu prirodu svih malih crvenih točaka, ali donosi važan novi podatak: uz prosječni središnji izvor postoji i proširena zvjezdana komponenta. Dublja opažanja trebala bi pokazati kako su se ti neobično zbijeni sustavi razvijali tijekom prvih milijardu godina svemira.
