Najstarszą z dotychczas znanych czarnych dziur dostrzegł teleskop Webba

Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST), skanujący niebo kamerami w podczerwieni, dostrzegł najstarszą czarną dziurę, jaką kiedykolwiek zaobserwowano. Obiekt, który ma masę 1,6 mln Słońc i powstał ponad 13 mld lat temu, mieści się w galaktyce GN-z11 - wynika z pracy opublikowanej w serwisie arXiv (arXiv: 2305.12492).

Badacze uważają, że to jedna z wielu czarnych dziur, które rozrosły się do olbrzymich rozmiarów podczas tzw. kosmicznego świtu - ok. 100 mln lat po Wielkim Wybuchu. Nie jest jasne, w jaki sposób te obszary czasoprzestrzeni tak szybko się powiększyły. Astronomowie szukają na to odpowiedzi także po to, by wyjaśnić, co sprawiło, że dzisiejsze supermasywne czarne dziury w centrach galaktyk takich jak Droga Mleczna zyskały masę miliony razy większą od masy Słońca.

Jeszcze niedawno uważano, że te kosmiczne wiry przez prawie 14 miliardów lat stale rosły jak kula śnieżna - stopniowo i powoli powiększały się w wyniku łączenia się oraz pochłaniania gwiazd i innych obiektów. Zgodnie z tym poglądem to galaktyki pojawiły się jako pierwsze, a w nich zaczęły się formować czarne dziury. Teraz badacze sądzą raczej, że wczesne czarne dziury tworzyły się w wyniku zapadania się gigantycznych obłoków gazu lub wielu fuzji, jeszcze zanim narodziły się galaktyki. Z kolei najnowsza hipoteza głosi, że te obiekty zostały zasiane - jak określają to naukowcy - przez hipotetyczne pierwotne czarne dziury. Miałyby się one tworzyć podczas inflacji kosmologicznej, czyli okresu gwałtownej ekspansji Wszechświata, która nastąpiła ułamek sekundy po Wielkim Wybuchu.

"Czarne dziury we wczesnym Wszechświecie nie mogły rosnąć spokojnie i łagodnie, jak inne tego typu dzisiejsze obiekty. Ich narodziny i wzrost musiały przebiegać w osobliwy sposób" - uważa główny autor badania, prof. Roberto Maiolino, astrofizyk z Uniwersytetu w Cambridge (Wielka Brytania).

W materiałach w serwisie arXiv nie ma zdjęć opisywanego obiektu - grawitacja w środku kosmicznych wirów jest tak ogromna, że nie może się z nich wydostać nawet światło. Na obrazach zarejestrowanych przez JWST badacze znaleźli jednak dowody na istnienie dysku akrecyjnego - charakterystycznego pierścienia gazu i pyłu wirującego wokół dziury.

Obserwowane ciało niebieskie znajduje się w gwiazdozbiorze Wielkiej Niedźwiedzicy, w galaktyce powstałej 440 mln lat temu, a odkrytej w 2016 r. GN-z11 jest 25 razy mniejsza i 100 razy lżejsza od Drogi Mlecznej, ale tworzy się w niej 20 razy więcej gwiazd niż w naszym "sąsiedztwie".

Badania czarnych dziur znacznie przyspieszyły, od kiedy teleskop Event Horizon zarejestrował w 2019 r. pierwszy obraz halo jednej z nich oraz zaobserwowano połączenia tych obiektów dzięki pomiarom fal grawitacyjnych. Najnowsze materiały dostarczane przez teleskop Webba mogą być kamieniami milowymi w odpowiedzi na pytania o genezę i naturę tych tajemniczych obszarów czasoprzestrzeni.

Odkrycie najstarszej znanej badaczom czarnej dziury to kolejne osiągnięcie Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba, który rozpoczął misję 25 grudnia 2021 r. i znajduje się na orbicie okołosłonecznej w odległości ok. 1,5 mln km od Ziemi. Umieszczona na nim aparatura jest ok. 100 razy bardziej czuła na promieniowanie podczerwone, które wykorzystuje się przy badaniach najodleglejszych zakątków Wszechświata, niż wcześniejsze narzędzia stosowane np. w teleskopie Hubble'a.

"Przed uruchomieniem teleskopu Webba groziło nam tylko nudne pogłębianie tego, co już wiedzieliśmy. Teraz jednak znajdujemy we Wszechświecie rzeczy, których nawet się nie spodziewaliśmy" - powiedział prof. Maiolino.

Anna Bugajska