Czym są tajemnicze „czerwone kropki” obecne we wczesnym Wszechświecie?
Małe obiekty wykryte przez należący do NASA Teleskop Kosmiczny Jamesa Webba (JWST), widoczne jako „małe czerwone kropki”, mogą stanowić zupełnie nową klasę obiektów kosmicznych – czarne dziury, które pochłaniając ogromne ilości materii, emitują światło.
.Korzystając z pierwszych zbiorów danych opublikowanych przez teleskop w 2022 r., naukowcy odkryli tajemnicze „małe czerwone kropki”. Astronomowie początkowo sugerowali, że obiekty te mogą być galaktykami powstałymi zaledwie 500 do 700 milionów lat po Wielkim Wybuchu, ale będącymi w stopniu rozwoju podobnym do obecnej Drogi Mlecznej, która liczy około 13,6 miliarda lat. Co byłoby zaskakujące w tak młodym Wszechświecie i podważałoby dotychczasową wiedzę na temat powstawania galaktyk.
W nowym badaniu, naukowcy m.in. z Pennsylvania State University, zasugerowali, że „czerwone kropki” mogą nie być galaktykami, ale zupełnie nowym typem obiektów – gwiazdami czarnych dziur (black hole star) – znanymi również jako Quasistar. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie „Astronomy & Astrophysics”.
Astronomowie twierdzą, że te maleńkie punkty światła mogą być gigantycznymi kulami gorącego gazu, które są tak gęste, że wyglądają jak atmosfery typowych gwiazd zasilanych fuzją jądrową – jednak zamiast fuzji, są one zasilane przez supermasywne czarne dziury w ich centrum, które szybko wciągają materię, przekształcając ją w energię, przez co emitują one światło.
„Przyglądaliśmy się wielu czerwonym kropkom, aż zauważyliśmy jedną, która miał tak gęstą atmosferę, że nie można go było uznać jej za typową gwiazdę, jakiej spodziewalibyśmy się w galaktyce. Myśleliśmy, że jest to mała galaktyka pełna wielu oddzielnych zimnych gwiazd, ale w rzeczywistości jest to jedna gigantyczna, bardzo zimna gwiazda” – mówi Joel Leja z Pennsylvania State University.
Badacze zaznaczają, że zimne gwiazdy emitują niewiele światła ze względu na niską temperaturę w porównaniu z normalnymi obiektami tego typu. Większość gwiazd we Wszechświecie ma małą masę i niską temperaturę i zazwyczaj trudniej je dostrzec, ponieważ są one przyćmione przez rzadsze, bardziej jasne gwiazdy o dużej masie. Astronomowie identyfikują zimne gwiazdy po ich blasku, który występuje głównie w czerwonym spektrum optycznym lub bliskiej podczerwieni, czyli w zakresie długości fal światła, które nie są już widoczne.
Gaz wokół klasycznych supermasywnych czarnych dziur jest zazwyczaj bardzo gorący, osiągając temperaturę milionów stopni Celsjusza, a długości fal światła, które emitowały „czerwone kropeki” wskazywały na bardzo zimny gaz, podobny do atmosfery gwiazd o małej masie i niskiej temperaturze.
„Teleskop Jamesa Webba został zaprojektowany, aby obserwować kosmos za pomocą niezwykle czułych instrumentów wykrywających promieniowanie podczerwone, zdolnych do uchwycenia światła emitowanego przez najstarsze gwiazdy i galaktyki. Pozwala on naukowcom spojrzeć wstecz w czasie o około 13,5 miliarda lat, czyli niemal do początku Wszechświata, jaki znamy” – wyjaśnia Joel Leja.
Od momentu uruchomienia Teleskopu naukowcy zaczęli dostrzegać tajemnicze „małe czerwone kropki” – obiekty, które wydawały się znacznie masywniejsze niż przewidywały modele wczesnych galaktyk. Początkowo zakładano, że są one dojrzałymi galaktykami, które stają się coraz bardziej czerwone wraz ze starzeniem się gwiazd w nich zawartych. Jednak obiekty te były zbyt jasne, aby można było to wyjaśnić – gwiazdy musiałyby znajdować się niezwykle blisko siebie, na tyle, że nie byłoby to możliwe.
Aby rozwikłać tę tajemnicę, astronomowie potrzebowali widm, czyli danych, które mogłyby dostarczyć informacji o ilości światła emitowanego przez obiekty w różnych długościach fal. Naukowcy wykorzystali prawie 60 godzin czasu obserwacyjnego Teleskopu Webba, aby uzyskać widma z łącznie 4500 odległych galaktyk. Jest to jeden z największych zbiorów danych spektroskopowych uzyskanych dotychczas za pomocą tego urządzenia.
W lipcu 2024 roku badacze zauważyli obiekt o widmie wskazującym na ogromną masę, co czyniło go najbardziej niezwykłym przypadkiem tak wczesnego i dużego ciała niebieskiego. Astronomowie nadali mu przydomek „The Cliff” i uznali za najbardziej obiecujący przypadek do zbadania i poznania czym są „czerwone kropki”.
„Ekstremalne właściwości obiektu zmusiły nas do opracowania zupełnie nowych modeli” – podkreśla Anna de Graaff z Max Planck Institute.
Obiekt był tak odległy, że jego światło potrzebowało około 11,9 miliarda lat, aby dotrzeć do Ziemi. Analiza widma wykazała, jak wskazują naukowcy, że w rzeczywistości była to supermasywna czarna dziura, wciągająca pobliski materiał z taką prędkością, że otoczyła się ognistą kulą wodoru. Światło, które zauważyli astronomowie, nie pochodziło z gęstego obszaru pełnego gwiazd, ale z jednego gigantycznego obiektu.
„Czarne dziury znajdują się w centrum większości galaktyk. W niektórych przypadkach są miliony, a nawet miliardy razy masywniejsze od naszego Słońca i przyciągają pobliską materię z taką siłą, że przekształca się ona w energię i świeci. Nikt tak naprawdę nie wie, skąd się biorą te gigantyczne obiekty w centrum galaktyk. Te czerwone kropki mogą być pierwszą fazą powstawania czarnych dziur, które widzimy dzisiaj w galaktykach – supermasywnymi czarnymi dziurami w ich wczesnym stadium rozwoju” – wyjaśnia Joel Leja.
.Jak sugerują naukowcy, te nowe obiekty, mogą pomóc wyjaśnić wczesną ewolucję Wszechświata. Astronomowie planują sprawdzenie tej hipotezy poprzez zbadanie gęstości gazu i siły tych potencjalnych wczesnych czarnych dziur. Tajemnicze „małe czerwone kropki” znajdują się jednak w ogromnej odległości zarówno w czasie, jak i przestrzeni, a ich niewielki rozmiar sprawia, że uzyskanie wyraźnego obrazu jest szczególnie trudne.
Oprac. EG
