Jak wyglądały połączenia czarnych dziur we wczesnym Wszechświecie? Webb znalazł ich ślady

Astronomowie odkryli cztery bliskie pary „Małych Czerwonych Kropek” we wczesnym Wszechświecie. Obiekty mogą być szybko rosnącymi czarnymi dziurami, a ich rozmieszczenie dostarcza nowych wskazówek na temat tego, jak mogły zachodzić połączenia czarnych dziur we wczesnych dziejach kosmosu.

Małe Czerwone Kropki mogą skrywać rosnące czarne dziury

W ramach nowego badania naukowcy pod kierownictwem Takumiego Tanaki z University of Tokyo, po przeanalizowaniu obrazów w podczerwieni wykonanych przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, odkryli wiele masywnych czarnych dziur sprzed około 12,5–12,8 miliarda lat, które aktywnie gromadziły otaczającą je materię i szybko rosły, z niektórymi z nich będącymi nawet na drodze do połączenia się. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie „Publications of the Astronomical Society of Japan”.

Kontynuowanie poszukiwań połączeń czarnych dziur za pomocą opracowanej w nowym badaniu metody analizy obrazów oraz statystyczne określenie odsetka tych obiektów tworzących bliskie pary może pomóc astronomom ustalić, jaką rolę odgrywały połączenia w ich wzroście we wczesnych stadiach ewolucji.

Naukowcy wskazują, że w centrum większości galaktyk we współczesnym Wszechświecie znajduje się supermasywna czarna dziura, której masa wynosi od milionów do miliardów mas Słońca. Obiekty te są o wiele masywniejsze od zwykłych czarnych dziur, ale badacze wciąż nie wiedzą, w jaki sposób osiągnęły tak ogromne rozmiary.

Jak twierdzą astronomowie, Teleskopowi Webba, działającemu od 2022 roku, udało się zidentyfikować kilka nowych typów obiektów w odległym Wszechświecie, które były bardzo małe i miały charakterystyczny czerwony kolor. Zostały one nazwane „Małymi Czerwonymi Kropkami” (Little Red Dots, LRD) i zdaniem naukowców mogą być czarnymi dziurami, które gromadzą wokół siebie materię i szybko rosną.

Połączenie czarnej dziury z inną, zdaniem badaczy, mogłoby wyjaśniać, dlaczego udawało im się szybko rosnąć, ale do tej pory nie udało się jednoznacznie zidentyfikować dwóch „Małych Czerwonych Kropek” zbliżających się do siebie. Naukowcy doszli do wniosku, że problemem mogły być stosowane dotychczas metody. W przypadku dwóch LRD znajdujących się bardzo blisko siebie mogły one zostawać błędnie uznane za jeden złożony obiekt.

Nowa metoda pozwoliła znaleźć bliskie pary

W czasie nowego badania astronomowie przeanalizowali obrazy w podczerwieni o wysokiej rozdzielczości wykonane przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba. Zamiast opierać się wyłącznie na ogólnej jasności i kolorze obiektów, jak robili to dotychczas naukowcy, badacze opracowali nową metodę selekcji barw piksel po pikselu, analizującą kolor każdego pojedynczego piksela obrazu.

Udoskonalając konwencjonalne metody, naukowcy poszukiwali „Małych Czerwonych Kropek” wyglądających jak pojedynczy obiekt, które w rzeczywistości mogły być dwiema czarnymi dziurami znajdującymi się na drodze do połączenia.

W rezultacie astronomom udało się odkryć cztery pary podwójnych LRD we Wszechświecie sprzed 12,5–12,8 miliarda lat, przy czym w każdej z nich oba obiekty znajdowały się bardzo blisko siebie. Odległości między dwoma ciałami niebieskimi wynosiły od kilku tysięcy do kilkudziesięciu tysięcy lat świetlnych, czyli znacznie mniej niż 100 tysięcy lat świetlnych, na jakie rozciąga się nasza Droga Mleczna.

Połączenia czarnych dziur mogą wyjaśniać ich szybki wzrost

Aby upewnić się, że dwie „Małe Czerwone Kropki” rzeczywiście znajdowały się blisko siebie, a nie w różnych odległościach i jedynie wydawały się znajdować obok siebie z perspektywy Ziemi, naukowcy obliczyli prawdopodobieństwo przypadkowego wystąpienia tak bliskich par na podstawie liczby i rozmieszczenia tego typu obiektów na danym obszarze. Ustalili, że jest mało prawdopodobne, aby wszystkie cztery pary jedynie pozornie znajdowały się blisko siebie. Ich zdaniem sugeruje to, że LRD mogą występować w skupiskach obejmujących obszar kilku tysięcy lat świetlnych.

Astronomowie uważają, że połączenia są jednym z mechanizmów transportujących duże ilości gazu w kierunku centrów galaktyk, powodując przemieszczanie materii w stronę znajdującej się tam czarnej dziury. Wyniki tego badania mogą wskazywać, że zderzenia galaktyk mogą być związane z szybko rosnącymi czarnymi dziurami we wczesnym Wszechświecie. Jeśli każda „Mała Czerwona Kropka” zawiera rosnącą czarną dziurę, to również one mogłyby ostatecznie się połączyć. Jeżeli tak jest, fuzje te mogłyby zostać wykryte przez przyszłe obserwatoria fal grawitacyjnych.

Emil Gołoś