Zespół astronomów dokonał ważnego odkrycia, identyfikując niezwykle dużą czarną dziurę w jednym z najodleglejszych kwazarów we wszechświecie. Ta czarna dziura znajdująca się w sercu kwazara ULAS J1120+0641 w konstelacji Lwa ma masę 1,4 miliarda mas Słońca. Co zaskakujące, stanowi prawie połowę masy wszystkich gwiazd w swojej galaktyce razem wziętych – niezwykle wysoki stosunek, który znacznie przekracza typowy stosunek masy czarnej dziury do gwiazdy.
Przełomowe obserwacje za pomocą teleskopu Jamesa Webba
Poprzednie próby obserwacji galaktyki macierzystej tego kwazara za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble’a zakończyły się niepowodzeniem ze względu na przytłaczającą jasność kwazara. Jednakże naukowcy pod kierownictwem astronoma z MIT Minghao Yue zwrócili się do Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST), który specjalizuje się w obserwacjach w podczerwieni, aby uchwycić szczegółowe obrazy tego odległego kwazara i jego galaktyki macierzystej.
Yue wyjaśnia, że ogromna jasność kwazara – 100 razy większa od jego galaktyki macierzystej – utrudnia pomiar światła otaczających gwiazd. Niemniej jednak, ponieważ światło kwazara podróżowało przez około 13 miliardów lat, aby dotrzeć do Ziemi, ekspansja Wszechświata rozciągnęła to światło na fale podczerwone, umożliwiając wyraźniejsze obserwacje za pomocą JWST.
Bezprecedensowy stosunek masy czarnej dziury do masy galaktyki
Masa czarnej dziury nie jest nieoczekiwana; wcześniejsze szacunki mieściły się w podobnym przedziale. To, co wyróżnia się, to stosunek mas: podczas gdy w typowych galaktykach centralne czarne dziury stanowią jedynie około 0,1 procent masy gwiazdowej galaktyki, czarna dziura ULAS J1120+0641 stanowi zdumiewające 54 procent. Według Yue odkrycie to sugeruje wyjątkowy związek ewolucyjny między wczesnymi czarnymi dziurami a ich galaktykami macierzystymi, który znacznie różni się od sposobu ewolucji czarnych dziur i galaktyk we współczesnym wszechświecie.
Astronom z Uniwersytetu Harvarda, Avi Loeb, który nie był zaangażowany w badaniezakłada, że intensywne promieniowanie czarnej dziury może hamować powstawanie gwiazd w jej galaktyce. Aby powstały gwiazdy, gaz międzygwiazdowy musi się ochłodzić, aby skutecznie się zapaść; jednakże energia kwazara prawdopodobnie podgrzewa gaz, uniemożliwiając mu tworzenie nowych gwiazd. Loeb sugeruje, że kiedy kwazar w końcu się „wyłączy”, gaz w galaktyce ostygnie, co doprowadzi do wzrostu masy gwiazdowej i potencjalnie z czasem zmniejszy się proporcjonalna masa czarnej dziury.
Rzut oka na tajemnice wczesnego Wszechświata
Chociaż badanie nie wyjaśnia w pełni, dlaczego niektóre czarne dziury rosły tak szybko we wczesnym Wszechświecie, obserwacje ujawniają interesujący szczegół – druga galaktyka łączy się z gospodarzem kwazara. To zderzenie galaktyczne prawdopodobnie wprowadza dodatkowy gaz do czarnej dziury, zwiększając jej masę i zwiększając jasność kwazara, dzięki czemu jest on widoczny z tak ogromnej odległości kosmicznej.
