Teleskop Jamese Webba možná objevil nejstarší a nejvzdálenější supermasivní černou díru, jaká kdy byla spatřena
Astronomové používající Vesmírný dalekohled Jamese Webba (JWST) možná objevili nejvzdálenější supermasivní černou díru, jakou kdy viděli. Obrovský objekt, který hostí galaxie GHZ2, je tak daleko, že jej astronomové vidí, jako by to bylo pouhých 350 milionů let po velkém třesku.
Výzkum týmu nahrán na předtiskový server arXiv 4. listopadu, ale ještě nerecenzované, použila pozorování z Near Infrared Spectrograph and Mid-Infrared Instrument společnosti JWST. Tyto přístroje pokrývají široký rozsah vlnových délek a dokážou detekovat ultrafialové a optické světlo původně vyzařované vzdálenou galaxií, které bylo roztaženo do infračerveného záření v důsledku rozpínání vesmíru.
Tajemství čar
Od roku 2022, kdy byl objeven objev GHZ2, astronomové použili JWST k nalezení mnoha vzdálených galaxií. GHZ2 však vyniká, protože jeho spektrum ukazuje velmi intenzivní „emisní čáry“ – jasné pruhy světla emitované určitými atomy nebo ionty, když jejich elektrony dostanou energii a poté uvolní energii na konkrétních vlnových délkách. Tyto řádky obsahují vodítka o procesech napájejících GHZ2.
„Pozorujeme emisní čáry, které vyžadují hodně energie k výrobě, známé jako vysokoionizační čáry,“ Jorge Zavalaodborný asistent na katedře astronomie na University of Massachusetts Amherst a spoluautor studie, řekl Live Science v e-mailu.
Zavala vysvětlil, že současné chápání plynové ionizace – ohřevu plynu, který mění atomy na ionty ztrátou nebo získáváním elektronů – je založeno především na blízkých hvězdotvorných oblastech a obvykle nezohledňuje intenzivní vysokoionizační čáry. Tyto linie a vztah mezi nimi se často nacházejí v aktivních galaktických jádrech (AGN), která obsahují aktivně živí černé díry v jejich centrech, s mnohem energetičtějším přítomným zářením.
Zásadním vodítkem byla detekce emisní čáry C IV λ1548, která pochází z trojnásobně ionizovaného uhlíku – tedy atomů uhlíku, které ztratily tři elektrony. „Odstranění tří elektronů vyžaduje extrémně intenzivní radiační pole, kterého je velmi obtížné dosáhnout se samotnými hvězdami,“ řekl Chavez Ortiz. AGN přirozeně produkuje fotony s vysokou energií. Síla této linie silně naznačovala, že GHZ2 by mohl hostit aktivně se živící černou díru, což motivovalo výzkumníky k provedení hloubkové analýzy.
Smíšený systém
Protože GHZ2 je neobvyklý systém, který zpochybňuje stávající modely, museli vědci vyvinout podrobné modely, které by odpovídaly jeho jedinečnému chování a porozuměly příspěvku obou hvězd a AGN ke světlu galaxie. Tento proces zahrnoval opakované testování a vylepšování modelů, aby bylo zajištěno, že přesně reprezentují vlastnosti galaxie.
Jejich analýza odhalila, že zatímco spektrální čáry viditelného světla lze vysvětlit samotnou tvorbou hvězd, zvláště silná uhlíková čára vyžaduje přítomnost AGN. Toto zjištění naznačuje, že část světla galaxie ukazuje příspěvky hladové supermasivní černé díry.
Zavala však poznamenal, že GHZ2 postrádá některé další indikátory AGN. To znamená, že galaxie může být poháněna převážně hvězdami – pokud by tyto hvězdy byly supermasivní, s hmotnostmi stokrát až tisíckrát větší než Slunce, nebo pokud by se formování hvězd v GHZ2 odehrálo velmi odlišně od toho, co v současnosti chápeme.
Další možností je, že světlo galaxie pochází částečně z normálních hvězd a částečně z exotičtějších zdrojů, jako jsou supermasivní hvězdy nebo AGN.
Pro další potvrzení aktivity AGN vědci plánují získat více pozorování JWST, aby shromáždili spektra některých emisních čar s vyšším rozlišením. Navíc pozorování z Atacama Large Millimeter/submilimeter Array, která pokrývají spektrální čáry ve vzdálené infračervené oblasti, by mohla zlepšit citlivost souboru dat.
Pokud by se to potvrdilo, GHZ2 by hostila nejvzdálenější supermasivní černou díru, která kdy byla identifikována. Detekce známek aktivity AGN v této galaxii nabízí vzácnou přirozenou laboratoř k testování konkurence modely „light seed“ a „heavy seed“. vzniku a růstu černých děr jen několik set milionů let po velkém třesku.
