Webb pronašao najčvršći trag dosad za neobične “zvijezde crne rupe”

Svemirski teleskop James Webb ponovno je otvorio jednu od najneobičnijih tema rane kozmologije. Detaljan spektar objekta GLIMPSE-17775 upućuje na to da se iza barem nekih “malih crvenih točaka” možda kriju crne rupe koje brzo rastu, skrivene u gustim slojevima plina.

Neobičan objekt iz ranog svemira dobio je najdetaljniji spektar dosad

Male crvene točke pojavile su se u Webbovim podacima ubrzo nakon početka znanstvenog rada teleskopa. Riječ je o sitnim, crvenkastim i vrlo udaljenim objektima iz ranog svemira, od kojih su neki postojali već oko 600 milijuna godina nakon Velikog praska.

Astronomi su od tada pokušavali objasniti što ih čini tako neobičnima. Jedna mogućnost bila je da se radi o vrlo ranim galaksijama s iznenađujuće velikim brojem zvijezda. Druga, sve ozbiljnija mogućnost, govori o crnim rupama koje brzo privlače okolni materijal, dok ih obavija gust plin.

Novo istraživanje, objavljeno u časopisu The Astrophysical Journal, donosi dosad najjači pojedinačni slučaj za taj drugi scenarij. Tim koji vodi Vasily Kokorev sa Sveučilišta u Teksasu u Austinu proučio je objekt GLIMPSE-17775, jednu od malih crvenih točaka koju je Webb snimio u iznimnim uvjetima.

GLIMPSE-17775 ima kozmološki crveni pomak 3,5, što znači da ga vidimo kakav je bio oko 1,8 milijardi godina nakon Velikog praska. Objekt se nalazi iza skupa galaksija Abell S1063, čija je gravitacija pojačala njegovu svjetlost. Webb je prikupio spektar tijekom 30 sati promatranja, ali je gravitacijska leća povećala količinu dostupnih detalja na razinu usporedivu s približno 80 sati teleskopskog vremena.

Tako je dobiven najdublji spektar neke male crvene točke dosad. U njemu je tim pronašao više od 40 spektralnih linija.

“Zvijezda crne rupe” ne znači običnu zvijezdu

Naziv “zvijezda crne rupe” može zvučati neobično, pa i pogrešno, ako se shvati doslovno. Ne radi se o zvijezdi nalik Suncu. U ovom kontekstu riječ je o modelu u kojem se crna rupa nalazi u središtu gustog sloja djelomično ioniziranog plina.

Takav objekt u literaturi se označava kao BH*, od engleskog “black hole star.” Ideja je da crna rupa brzo raste jer privlači okolni materijal, ali svjetlost iz njezine neposredne blizine ne izlazi prema nama izravno. Okolni plin je upija, raspršuje i ponovno emitira, pa teleskop bilježi složen spektar koji ne izgleda kao jednostavan potpis običnog oblaka plina ili mlade galaksije.

U slučaju GLIMPSE-17775 više se tragova slaže s takvom slikom. Linije vodika, kisika i helija ne mogu se dobro objasniti samo rotirajućim oblakom plina. Bolje odgovaraju modelu u kojem se svjetlost širi i mijenja prolaskom kroz gust, slojevit plin oko snažnog središnjeg izvora.

Posebno se ističe željezo. Istraživači su pronašli 16 linija željeza, toliko mnogo da ih opisuju kao “željeznu šumu”. Takav skup linija, zajedno s određenim linijama kisika, traži izvor visoke energije. Crna rupa koja brzo privlači materijal dobro se uklapa u taj zahtjev.

Spektar pokazuje i fluorescenciju te apsorpciju helija. Obje pojave upućuju na gust medij oko snažnog izvora zračenja.

Hubbleovi podaci otkrili su zašto je Balmerov prekid slabiji

Jedan dio slike nije se mogao razjasniti samo Webbovim spektrom. Male crvene točke često pokazuju takozvani Balmerov prekid, nagli pad u svjetlosti koji astronomima govori nešto o zvijezdama i plinu u promatranom objektu. Kod GLIMPSE-17775 taj je znak slabiji nego kod većine sličnih izvora.

Zbog toga je tim uključio i podatke NASA-inog svemirskog teleskopa Hubble iz programa Frontier Fields i BUFFALO. U kombinaciji s Webbovim mjerenjima, ti podaci pokazuju da GLIMPSE-17775 okružuje velika matična galaksija.

To pomaže objasniti odakle dolaze različiti dijelovi svjetlosti. Plaviji dio može potjecati od zvijezda u matičnoj galaksiji, dok crveniji i složeniji spektralni tragovi bolje odgovaraju području oko crne rupe koja brzo raste. Takva slika dobro se uklapa u model takozvane “zvijezde crne rupe”.

Isti model nudi objašnjenje za još jednu osobinu malih crvenih točaka. Mnoge od njih slabo se vide u rendgenskom području. Ako je snažan središnji izvor doista skriven u gustom plinu, velik dio rendgenskog zračenja mogao bi se apsorbirati prije nego što stigne do teleskopa.

Rane galaksije možda nisu morale biti toliko masivne

Webbova otkrića malih crvenih točaka isprva su otvorila pitanje jesu li neke rane galaksije rasle brže nego što dopuštaju postojeći modeli razvoja svemira. Kada bi sva njihova svjetlost dolazila od zvijezda, dio tih galaksija morao bi imati iznenađujuće veliku zvjezdanu masu za tako rano kozmičko razdoblje.

GLIMPSE-17775 nudi drukčije tumačenje. Ako znatan dio svjetlosti dolazi iz okolice crne rupe, tada ukupna zvjezdana masa takvih objekata ne mora biti toliko velika. Male crvene točke tako se mogu uklopiti u postojeću sliku razvoja svemira bez tvrdnje da Webbova otkrića ruše kozmologiju.

Kokorev smatra da se dio znanstvene zajednice sve više približava istom objašnjenju: male crvene točke mogle bi biti povezane s crnim rupama skrivenima u gustom plinu. GLIMPSE-17775 zasad je najjači primjer jer se u istom objektu pojavljuje više neovisnih tragova koji upućuju na isti scenarij.

Konačan odgovor još nije donesen. Istraživači i dalje razmatraju druga moguća tumačenja, a novi Webbovi spektri mogli bi tijekom idućih godina pokazati jesu li “zvijezde crne rupe” rijetka posebnost ili ključ za razumijevanje cijele skupine zagonetnih crvenih objekata iz ranog svemira.

Ivan Petričević

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.