To odkrycie zszokowało astronomów! W kosmosie istnieje „gwiazda czarnej dziury”!
Astronomowie z MIT i innych ośrodków odkryli niezwykle jasny, czerwony obiekt we wczesnym Wszechświecie, który może być zupełnie nowym typem źródła astrofizycznego. Przypomina on ogromną gwiazdę o rozmiarach zbliżonych do Układu Słonecznego, ale emituje około 100 miliardów razy więcej energii, niż może fizycznie wytworzyć jakakolwiek znana gwiazda.
Naukowcy sugerują, że obiekt może być połączeniem czarnej dziury i gęstego kokonu gazu, dlatego określają go mianem „gwiazdy czarnej dziury”.
W artykule opublikowanym w „Nature” zespół przedstawia analizę obiektu odkrytego za pomocą Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST), zaledwie kilkaset milionów lat po Wielkim Wybuchu. Według naukowców najbardziej prawdopodobnym wyjaśnieniem jest centralna czarna dziura otoczona niezwykle gęstą chmurą gazu. To połączenie nie było dotąd obserwowane.
– Uważamy, że w centrum znajduje się czarna dziura o masie 100 000 razy większej od masy Słońca. Wokół niej powinna znajdować się bardzo rozległa otoczka gazowa, która wygląda jak gwiazda wielkości Układu Słonecznego. Jest ogromna – mówi główny autor badania Rohan Naidu, stypendysta NASA Hubble Fellow i Pappalardo Fellow w Instytucie Astrofizyki i Badań Kosmicznych im. Kavliego na MIT.
Jeśli interpretacja okaże się prawidłowa, obiekt może pomóc wyjaśnić pochodzenie innych tajemniczych „małych czerwonych kropek”, które JWST obserwuje na zdjęciach głębokiego kosmosu. Współautorami badania z MIT są dyrektor MKI Robert Simcoe oraz Wendy Sun, a także naukowcy z innych instytucji.
Nieoczekiwane znalezisko podczas poszukiwania pierwszych galaktyk
Naidu i jego współpracownicy nie poszukiwali czarnej dziury. W ramach przeglądu „Miraż lub Cud” (MoM) wykorzystywali JWST do poszukiwania najodleglejszych i najwcześniejszych galaktyk, zaglądając w czasy, gdy Wszechświat miał zaledwie kilkaset milionów lat.
Podczas analizy zdjęć astronomowie zauważyli wyjątkowo czerwoną i bardzo jasną kropkę. Początkowo zakładano, że jej kolor może wynikać z obecności pyłu. Obiekty astronomiczne mogą wydawać się bardziej czerwone, gdy obserwuje się je przez gęstą warstwę pyłu, podobnie jak niebo może zmieniać kolor pod wpływem dymu.
Jednak pozostałe właściwości światła nie pasowały do tego scenariusza. Światło obiektu było niezwykle jasne, ale przy określonych długościach fal całkowicie zanikało. Zjawisko to, określane jako „przerwa Balmera”, jest tradycyjnie kojarzone z gęstym gazem w atmosferach gwiazd.
– Pęknięcie, które zaobserwowaliśmy w tym obiekcie, jest najgłębszym, jakie kiedykolwiek zaobserwowaliśmy w jakimkolwiek obiekcie, co wyklucza „zwykłe” gwiazdy jako źródło. Zaczęliśmy się zastanawiać, czy nie obserwujemy nowego rodzaju „atmosfery gwiezdnej”, ale na spektakularną skalę – mówi Naidu.
Co więcej, światło czerwonej kropki praktycznie nie zawierało śladów metali ani innych pierwiastków poza wodorem i helem.
Gęsty kokon wodoru skrywa czarną dziurę
Aby ustalić, co może być źródłem obserwowanego promieniowania, zespół przeprowadził symulacje różnych scenariuszy. Naukowcy sprawdzali między innymi, czy tak czerwony obiekt może powstać bez obecności pyłu. Okazało się, że jest to możliwe, jeśli wokół źródła energii znajduje się niezwykle gęsta warstwa wodoru. Jej gęstość musiałaby być tak duża, że przypominałaby powierzchnię ogromnej gwiazdy, a nie rozproszoną mgławicę międzygwiazdową.
Symulacje wskazały, że czerwona kropka może być potężnym źródłem energii otoczonym gęstym kokonem wodoru. Taki scenariusz wyjaśniałby zarówno przerwę Balmera, jak i brak innych pierwiastków poza wodorem i helem. Nadal pozostawało jednak pytanie o niezwykłą jasność obiektu.
– Mamy coś, co wygląda trochę jak gwiazda, ale jest 100 miliardów razy jaśniejsze. To oznacza, że nie można tego zasilać za pomocą syntezy jądrowej, która jest źródłem energii leżącym w sercu wszystkich naszych gwiazd – mówi Naidu.
Naukowcy zwrócili się więc w stronę czarnych dziur, które mogą wytwarzać energię na tak ogromną skalę. W symulacjach umieścili aktywną, akreującą czarną dziurę wewnątrz otoczki wodoru, a następnie zmieniali jej masę i inne parametry. Wyniki porównali z obserwacjami JWST.
Najlepsze dopasowanie wskazało na centralną czarną dziurę o masie około 100 000 razy większej od masy Słońca. Otacza ją gęsty, przypominający gwiazdę kokon wodoru o rozmiarach zbliżonych do Układu Słonecznego. Obiekt otrzymał nazwę MoM-BH*-1. Naukowcy podejrzewają, że podobne „gwiazdy czarne dziury” mogą odpowiadać za wiele innych małych czerwonych kropek obserwowanych przez JWST, choć żadna z nich nie jest tak jasna jak MoM-BH*-1.
W przypadku MoM-BH*-1 wyjątkowa jest jego jasność. Gwiazda czarnej dziury niemal całkowicie przyćmiewa światło otaczającej ją galaktyki macierzystej, dzięki czemu astronomowie mogą obserwować niemal czyste światło samego obiektu.
Źródło: Instytut Technologii w Massachusetts
Czytaj też: Odkryje, co działo się tuż po Wielkim Wybuchu? Brytyjski mikrosatelita podsłucha „szept” Wszechświata!
Grafika tytułowa: Jad Limcaco / Unsplash
