Z jakich gwiazd powstały pierwsze czarne dziury?

Astronomowie wskazują, że tajemnicze niezwykle odległe obiekty, znane jako małe czerwone kropki, mogą być w rzeczywistości gwiazdami z początków Wszechświata, z których narodziły się pierwsze czarne dziury.

.W ramach nowego badania, naukowcy z Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CfA), korzystając z danych z należącego do NASA Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba, odkryli, że niezwykle tajemnicze obiekty obecne we wczesnym Wszechświecie, znane jako małe czerwone kropki (little red dots), mogą w rzeczywistości być gigantycznymi, krótko żyjącymi gwiazdami. Obserwacje te mogą pomóc lepiej zrozumieć, jak powstały pierwsze supermasywne czarne dziury i to jak wyglądał kosmos w swoich początkach. Badanie zostało opublikowane w serwisie arXiv.

W miarę rozszerzania się Wszechświata, jak opisują astronomowie, światło z bardzo odległych obiektów rozciąga się do bardziej czerwonych kolorów. Wczesne teleskopy kosmiczne, takie jak Hubble, zostały zbudowane w celu wykrywania światła o krótszych długościach fal i chociaż dostrzegały one interesujące obiekty, które później okazały się małymi czerwonymi kropkami, naukowcy nie byli w stanie dokładnie określić, czym mogę one być.

W 2022 roku pierwsze zdjęcia przedstawiające niezwykle odległy kosmos z Teleskopu Webba, zaprojektowanego do obserwacji światła o większej długości fal, ujawniły te tajemnicze małe czerwone kropki. Nowe obserwacje dostarczyły naukowcom więcej informacji na temat tego, czym mogą być te tajemnicze, zwarte i bardzo stare obiekty.

Dotychczasowe teorie tłumaczące ich istnienie wymagały skomplikowanych założeń dotyczących czarnych dziur, dysków akrecyjnych i chmur pyłu, ale nowy model wskazuje, że pojedyncza masywna gwiazda może również w naturalny sposób wytwarzać wszystkie cechy obserwowane u małych czerwonych kropek – ekstremalną jasność, charakterystyczne widmo oraz rzadką kombinację jednej jasnej emisji wodoru.

.W ramach nowego badania, astronomowie po raz pierwszy stworzyli szczegółowy model fizyczny rzadkiej, pozbawionej metali, szybko rosnącej supermasywnej gwiazdy o masie około miliona razy większej od masy Słońca i wykazali, że jej unikalne cechy idealnie pasują do małych czerwonych kropek.

„Małe czerwone kropki były przedmiotem sporów od momentu ich odkrycia. Ale teraz, dzięki nowym modelom, wiemy, co może kryć się w centrum tych masywnych obiektów, a może to być pojedyncza gigantyczna gwiazda w delikatnej otoczce. Co ważne, odkrycia te mogą wyjaśniać wszystko, co obserwował Webb” – mówi Devesh Nandal z Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian.

Chociaż gwiazdy o większym zakresie mas są zgodne z pomiarami spektralnymi małych czerwonych kropek, tylko te najbardziej masywne mają odpowiednią jasność. Badacze uważają, że jeśli uda im się znaleźć dodatkowe obiekty tego typu, które będą mniej jasne i masywne niż te analizowane, będą w stanie w pełni je zrozumieć.

Badanie pomaga naukowcom lepiej zrozumieć czym mogły być małe czerwone kropki, co z kolei prowadzi do przybliżenia poznania tego, jak mogły powstać pierwsze czarne dziury, gdy obiekty te zapadły się.

„Jeśli nasza interpretacja jest prawidłowa, to nie tylko rozwiązaliśmy tajemnicę małych czerwonych kropek, ale również pomoże nam to lepiej zrozumieć to, jak powstawały pierwsze supermasywne czarne dziury i formowały galaktyki we Wszechświecie” – podsumowuje Devesh Nandal.

Oprac. EG