Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba odkrył efekt łączenia się czarnych dziur we wczesnym Wszechświecie

Naukowcy wykorzystali pozyskane z JWST dane, aby udowodnić koncepcję łączenia się galaktyk oraz czarnych dziur zaledwie 740 mln lat po Wielkim Wybuchu. Przykładem może być tutaj układ ZS7, powstały właśnie z takiej fuzji.

Odkrycie to stanowi najwcześniejsze udokumentowanie zjawiska łączenia się czarnych dziur oraz samym galaktyk. Badanie opiera się na jednym z najważniejszych wyników dotychczas uzyskanych przez JWST – galaktyki aktywnie zasilają swoje jądra czarnymi dziurami znacznie wcześniej w historii Wszechświata, niż wcześniej zakładano.

Fakt, że JWST dostrzegł teraz parę czarnych dziur w procesie łączenia się w tym samym momencie historii kosmosu, sugeruje, iż takie zdarzenia mogą być kluczem do tego, w jaki sposób czarne dziury ostatecznie osiągają tak kolosalne rozmiary. Pozyskane informacje sugerują fuzję jako ważną drogę do szybkiego wzrostu takich obiektów, które kształtują ewolucję galaktyk od samego początku ich istnienia.

Ogromne (puste) przestrzenie

Dowody łączenia się czarnych dziur można podziwiać na zdjęciach z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba. Materiały w ten sposób pozyskane ukazują również obecność galaktyk towarzyszących, mogących stanowić część tego układu.

Wiemy również, że czarne dziury powstają, gdy gwiazdy o ogromnych rozmiarach giną w eksplozjach supernowych. Powstałe w ten sposób obiekty są zazwyczaj tylko kilka razy masywniejsze od naszego Słońca. Ale z kolei supermasywne czarne dziury w jądrach galaktyk mają masę milionów lub miliardów mas Słońca. Nie jest w pełni zrozumiałe, w jaki sposób rosną one z mas porównywalnych do pojedynczej gwiazdy w obiekty o masie miliardy razy większej.

Znalezienie przykładu czarnych dziur w procesie łączenia się już w ciągu pierwszego miliarda lat istnienia Wszechświata daje jednak naukowcom pewne wskazówki. Nie wiadomo natomiast, czy ich rozmiary są efektem fuzji, czy też może „pożerania” gazu i materiału kosmicznego z otaczającej przestrzeni.

Polecamy również …

• Znaleziono czarną dziurę oddaloną jedynie o 1000 lat świetlnych od Ziemi
• Odkryto najdalszą czarną dziurę J1342+0928
• W galaktyce J0437+2456 znajduje się czarna dziura poruszająca się z dużą prędkością

Układ ZS7 jako dowód łączenia pradawnych czarnych dziur

Nowa para czarnych dziur wykryta przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, nazwana ZS7, została odkryta dzięki światłu wytwarzanemu przez czarne dziury, gdy pochłaniają materię, podgrzewają ją i przyspieszają do dużych prędkości. Korzystając ze spektrografu bliskiej podczerwieni znajdującemu się na pokładzie JWST, astronomowie byli w stanie wyraźnie zobaczyć ten szybko poruszający się gaz poprzez jego przesunięcie dopplerowskie i wyszczególnić parę czarnych dziur. Teleskop ten już wcześniej znajdował obiekty w podobnym wieku uważane za kandydatów do łączenia się czarnych dziur, ale wynik ten stanowi najsilniejszy jak dotąd dowód na łączenie się tych masywnych tworów na tak wczesnym etapie Wszechświata.

Jedna z czarnych dziur ma masę 50 milionów razy większą od masy Słońca, natomiast druga może również mieć mniej więcej ten sam rozmiar, jednak trudniej w jej przypadku dokonać pomiaru, ponieważ jest otoczona gęstym gazem.

Polecamy również …

• Obiekt Gaia BH1 to najbliższa nam czarna dziura. Jest oddalona „jedynie” o 1600 lat świetlnych!
• Drugie zdjęcie czarnej dziury w galaktyce M87 wykonane przez EHT
• Pierwsze zdjęcie cienia czarnej dziury

Potężne fale grawitacyjne jako efekt fuzji

Kiedy dwie czarne dziury się połączą, wygenerują fale grawitacyjne, które będą na tyle silne, że będą mogły zostać wykryte przez przyszłe misje kosmiczne, takie jak niedawno zatwierdzona przez ESA misja LISA (skr. Laser Interferometer Space Antenna). Składający się z trzech sond kosmicznych LISA byłby pierwszym obserwatorium kosmicznym zajmującym się badaniem fal grawitacyjnych.

Perspektywa możliwości wykrycia systemów takich jak ZS7 jest kusząca dla badaczy. Wyniki pozyskane dzięki JWST sugerują, że lżejsze systemy wykrywalne przez LISA powinny pojawiać się znacznie częściej, niż wcześniej zakładano. Ten fakt podkreślają koordynatorzy i osoby zaangażowane w projekt LISA z Europejskiej Agencji Kosmicznej, co będzie skutkowało precyzyjniejszym dostosowywaniem modeli do współczynników pozyskiwanych w ramach misji LISA na potrzeby odnajdywania mniej oczywistych obiektów i układów czarnych dziur.