Astronomowie wciąż próbują ustalić, jak dokładnie powstają supermasywne czarne dziury. Być może są one wynikiem łączenia się mniejszych czarnych dziur?
Wszystko zaczyna się od nasion
Największe czarne dziury we Wszechświecie mogą osiągać masy rzędu miliardów mas Słońca. Co więcej, pierwsze z nich powstały w ciągu kilkuset milionów lat po Wielkim Wybuchu. W jaki sposób Wszechświat tak szybko zdołał zatem wyprodukować tak ogromne obiekty?
Zazwyczaj czarne dziury powstają, gdy masywna gwiazda umiera, ale żadna pojedyncza gwiazda nie mogła przecież zrodzić aż tak dużej czarnej dziury, o masie miliardy razy przekraczającej masę gwiazdy. Być może mniejsze czarne dziury, powstałe w wyniku śmierci pierwszych masywnych gwiazd obecnych we Wszechświecie, łączyły się jednak. W ten sposób mogłyby powstać czarne dziury o masie tysiąca mas Słońca, które grawitacyjnie mogłyby następnie połączyć się znów w jeszcze większe supermasywne czarne dziury. Czarne dziury o masie do miliona mas Słońca mogły powstawać bezpośrednio z grawitacyjnego zapadania się gęstych obłoków gazu we wczesnym Wszechświecie. One również z czasem uległyby po prostu połączeniu.
Znalezienie swoistych zalążków czarnych dziur, które jeszcze nie przekształciły się w supermasywną czarną dziurę, pozwoliłoby astronomom zobaczyć ten proces bezpośrednio w akcji. Andy Goulding i Jenny Greene z Uniwersytetu Princeton, autorzy omawianej pracy, badali niedawno, czy takie "nasiona" czarnych dziur mogą być możliwe do wykrycia w przyszłych przeglądach głębokiego nieba prowadzonych z pomocą teleskopu JWST. Przeglądy te skupią się między innymi na bardzo odległych czarnych dziurach o masie rzędu miliona mas Słońca, znajdujących się na przesunięciach ku czerwieni z zakresu 7-10.
Różnice w kolorach
Z definicji czarna dziura jest niewidoczna. Jej przyciąganie grawitacyjne jest tak silne, że pochłania ona całe światło, które do niej dociera. Jednak czarne dziury często ujawniają się poprzez swoje dyski akrecyjne. Te dyski są nierzadko wystarczająco jasne, aby można było je dostrzec nawet z bardzo dużych odległości, a zatem w większej części widzialnego Wszechświata. Te jasne centra galaktyk nazywane są aktywnymi jądrami galaktyk.
W swoich badaniach Goulding i Greene połączyli obserwacyjne wzorce galaktyk aktywnych obserwowanych na nieco niższych przesunięciach ku czerwieni z katalogami "fałszywych" galaktyk tzw. makietowych (ang. mock galaxies) stworzonymi specjalnie na potrzeby badań nad możliwym zastosowaniem instrumentów JWST. Doszli do wniosku, że najlepszymi lokalnymi odpowiednikami odległych zalążków czarnych dziur galaktyk aktywnych są galaktyki Seyferta typu I – galaktyki aktywne z szerokimi liniami emisyjnymi w swoich widmach. Szacuje się przy tym, że emisja UV zalążków czarnych dziur i galaktyk Seyferta typu I powinna być podobna.
Następnie zespół próbował określić, czy te aktywne jądra galaktyczne mogą być możliwe do detekcji w przyszłym, nadchodzącym przeglądzie nieba JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES). Odkryto, że odległe aktywne galaktyki zasilane przez zalążkową czarną dziurę powinny mieć inny kolor niż reszta galaktyk na zdjęciach rejestrowanych przez kamerę bliskiej podczerwieni JWST (NIRCam). W szczególności dana galaktyka będzie wydawać się bardziej niebieska, a jej jądro będzie bardziej czerwone.
Chociaż trudno jest podać dokładną liczbę, Goulding i Greene oszacowali, że astronomowie mogą spodziewać się znalezienia od kilku do kilkudziesięciu zalążków czarnych dziur w polu widzenia o powierzchni stu minut łuku do kwadratu. Być może dzięki temu wreszcie dowiemy się, w jaki sposób supermasywne czarne dziury znalazły się w sercu niemal każdej galaktyki obecnej we Wszechświecie.
Więcej informacji:
- Searching for the Seeds of Supermassive Black Holes
- An Empirical Approach to Selecting the First Growing Black Hole Seeds with JWST/NIRCam
Źródło: AAS
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Na ilustracji: Galaktyka spiralna NGC 4051 sklasyfikowana jako galaktyka aktywna. Pobliskie galaktyki takie jak ta mogą być dobrymi odpowiednikami dla galaktyk, które gościły w sobie zalążki supermasywnych czarnych dziur we wczesnym Wszechświecie. Źródło: ESA/Hubble & NASA, D. Crenshaw oraz O. Fox
