Jaką rolę odegrały czarne dziury o niskiej masie w formowaniu się Wszechświata?

Astronomowie wykorzystując Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba dowiedzieli się więcej o tym, jak czarne dziury o niskiej masie, istniejące w początkach Wszechświata, pomogły przybrać mu formę widzianą dzisiaj.

.Czarne dziury odegrały rolę w formowaniu się wczesnego Wszechświata, jednak astronomowie przez długi czas debatowali nad tym, jak ważną, ponieważ informacje, które posiadali na temat wczesnych obiektów tego typu, które istniały przy dużych przesunięciach ku czerwieni, były stosunkowo ograniczone.

W ramach nowego badania, naukowcy z University of Cambridge, pod kierownictwem Sophii Geris, wykorzystali obserwacje Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST), aby lepiej zrozumieć jak czarne dziury formowały się na wczesnym etapie historii Wszechświata. Odkryli czarne dziury o niskiej masie (low mass black holes), które czaiły się stosunkowo niedaleko, co wskazuje, że obiekty tego typu wszystkich rozmiarów przyczyniły się do powstania współczesnego Wszechświata. Badanie zostało opublikowane serwisie arXiv.

Astronomowie wykorzystali do analizy dane z obserwacji Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES), przeprowadzonych przez Teleskop Webba. Zawierały one 4 tysiące dodatkowych, nigdy wcześniej niewidzianych widm (optycznych) z 2375 obiektami w zbiorze informacji o zdefiniowanych przesunięciach ku czerwieni, co oznaczało, że naukowcy wiedzieli, jak daleko znajdują się w przestrzeni i czasie.

W tym badaniu przeanalizowano 600 bardzo odległych galaktyk i usunięto te ze znanymi Aktywnymi Jądrami Galaktycznymi (AGN – active galactic nucleus) – niezwykle energetycznymi czarnymi dziurami pożerającymi gaz i pył w centrach galaktyk. Większość znanych AGN-ów jest bardzo jasna, jednak celem analizy było znalezienie słabszych i mniej widocznych, które mogłyby zostać przeoczone w innych badaniach.

Po usunięciu znanych jasnych galaktyk, astronomowie połączyli serię zdjęć wykonanych przy użyciu różnych widm, aby zwiększyć jasność słabych AGN-ów, które znajdowały się w zbiorze danych. Badacze pogrupowali również galaktyki według określonych kryteriów, takich jak jasność lub liczba gwiazd.

Po zestawieniu widm i wskazaniu słabszych AGN-ów, które były teraz wystarczająco jasne, aby możliwe było ich zauważenie, naukowcy szukali szczególnego rodzaju światła zwanego szerokim Hα (broad Hα). Światło to wskazuje, że czarna dziura aktywnie pochłania materię, choć może również pochodzić z innych źródeł, takich jak supernowe lub wiatry wiejące z galaktyk.

Wyeliminowanie tych możliwości pozostawiło zbiór danych zawierający tylko słabe AGN-y w centrach wielu galaktyk z dużym przesunięciem ku czerwieni, które wcześniej uznano by za nieposiadające aktywnych czarnych dziur. Co ważne, jak zaznaczają naukowcy, wiele z tych obiektów było znacznie mniejszych niż zakładano znaleźć we wczesnym Wszechświecie. Te czarne dziury o niskiej masie były tylko około milion razy większe od masy Słońca i znacznie mniej aktywne niż wcześniej znalezione w AGN-ach przy tym samym przesunięciu ku czerwieni.

.Pomogło to również wyjaśnić wcześniejszą zagadkę dotyczącą wielkości czarnych dziur we wczesnym Wszechświecie. Wiele większych AGN-ów znalezionych w poprzednich badaniach wydawało się być zbyt dużych dla swoich galaktyk, podczas gdy te znalezione w tym badaniu pasowały do ogólnie przyjętych parametrów wielkości galaktyk, które zamieszkiwały. Zdaniem astronomów, może to wskazywać, że zamiast założenia wskazującego, że w ewolucji galaktyk najpierw rośnie czarna dziura, te odkryte czarne dziury o niskiej masie sugerują, że może istnieć wiele obiektów, w których sama galaktyka tworzy się, zanim czarna dziura w jej centrum stanie się wystarczająco duża, aby można ją było dostrzec za pomocą obserwacji astronomicznych.

Oprac. EG