James Webbin avaruusteleskoopilla kerätyt havainnot ovat paljastaneet aktiivisen supermassiivisen mustan aukon, jonka massa on 9 miljoonaa kertaa Auringon massa ja joka kasvaa aktiivisesti ja imee ainetta ympäröivästä avaruudesta. 570 miljoonaa vuotta alkuräjähdyksen jälkeen se on ensimmäinen supermassiivinen musta aukko, joka kasvaa, vaikka tutkijat toivovatkin, ettei se säilytä ennätystä pitkään.
Musta aukko löydettiin yhdestä aikaisimmista koskaan löydetyistä galakseista, joka tunnettiin aiemmin nimellä EGSY8p7, ja nimettiin sittemmin CEERS 1019:ksi. Sen löytö voisi auttaa ratkaisemaan yhden varhaisen universumin suurimmista mysteereistä: kuinka Cosmic Dawnin mustat aukot kasvoivat niin suuriksi niin lyhyessä ajassa.
Austinin Texasin yliopiston astrofyysikon Rebecca Larsonin johtama löytöä esittelevä artikkeli ilmestyy The Astrophysical Journalin erikoisnumerossa. "Löysimme kaukaisimman aktiivisen galaktisen ytimen (AGN) ja vanhimman mustan aukon, jonka olemme koskaan löytäneet", Larson kertoi ScienceAlertille. Larson havaitsi alun perin CEERS 1019:n osana työtään, jossa hän tutki tähtienmuodostuksen tuottamaa valoa hyvin varhaisessa universumissa.
Tämän valon, jota kutsutaan Lyman-alfasäteilyksi, uskotaan muodostuvan neutraalin vedyn ionisoitumisesta tähtien muodostumisen aikana. Varhainen maailmankaikkeus oli täynnä neutraalin vedyn sumua, joka esti valon etenemisen, vasta tämän vedyn ionisoinnin jälkeen valo saattoi levitä vapaasti.
Tätä reionisaation aikakautta, kuten tiedetään, ei ole täysin tutkittu. Tiedämme, että se tapahtui ensimmäisen miljardin vuoden aikana alkuräjähdyksen jälkeen 13,8 miljardia vuotta sitten, mutta on erittäin vaikeaa katsoa niin pitkälle varhaiseen universumiin. CEERS 1019 ja useat muut erittäin varhaiset galaksit ovat erinomaisia kohteita tälle tutkimukselle, koska ne ovat suhteellisen kirkkaita. Galaksi tunnistettiin Hubblen datassa vuonna 2015, ja se oli tuolloin varhaisin ja kaukaisin havaittu galaksi.
Myöhemmät havainnot vahvistivat sen olemassaolon, mutta tarkempia tietoja jäi vaikeaksi: universumin varhaisin valo on universumin laajenemisen vuoksi siirtynyt niin pitkälle spektrin infrapunaosaan, että tarvitaan voimakas erikoisinfrapunainstrumentti, kuten JWST. opiskella sitä.
Joten kun JWST ilmestyi, CEERS 1019 - tämän aikakauden kirkkain Hubble-galakseja - tuli ilmeiseksi kohteeksi. Teleskooppi katsoi galaksia vain tunnin ajan kaikilla neljällä instrumentillaan, mutta se antoi runsaasti tietoa.
Sitten Larson huomasi jotain, jota hän ei aivan odottanut. Kirkkaan tähtimuodostuksen lisäksi AGN:ään liittyy yleensä laaja emissioominaisuus. Kun hän kertoi siitä joillekin AGN-tutkijoille, asiat muuttuivat mielenkiintoisiksi. Tyypillisesti varhaisen universumin galaksi lähettää joko valoa supernovasta tai valoa tähtien muodostumisesta. Molempien näkeminen samassa galaksissa oli äärimmäisen odottamatonta.
– Väittelimme viikkoja, että sen pitäisi olla, että sen pitäisi olla yhtä tai toista. Ja käy ilmi, että se on molempia. Mustalla aukolla on jonkin verran vaikutusta näkemiimme emissiolinjoihin, mutta suurinta osaa kuvissamme näkemästämme valosta hallitsee edelleen galaksin tähtiä muodostava osa." Se, että supermassiivinen musta aukko oli olemassa yli 13,2 miljardia vuotta sitten ja on jatkanut kasvuaan, ei ole niin yllättävää kuin luulisi.
Varhaisessa universumissa on löydetty paljon suurempia mustia aukkoja, J1342+0928, 690 miljoonaa vuotta alkuräjähdyksen jälkeen löydetty näennäinen galaksi, jossa on supermassiivinen musta aukko, jonka koko on 800 miljoonaa aurinkoa. J0313-1806:n musta aukko, joka löydettiin 670 miljoonaa vuotta alkuräjähdyksen jälkeen, on kooltaan 1,6 miljardia aurinkoa.
Molempia näitä kvasaareja hallitsee AGN-emissio. Larsonin ja hänen kollegoidensa mukaan CEERS 1019 on välivaihe: piste myöhempien, suurempien, AGN:n hallitsemien galaksien ja sen välillä, kuinka galaksit ja niiden mustat aukot alkoivat muodostua. CEERS 1019:n supermassiivista mustaa aukkoa tarkasteltaessa tutkijat uskovat, että esine muodostui massiivisen esineen, kuten yhden maailmankaikkeuden varhaisimmista tähdistä, romahtamisesta. Nämä tähdet olivat paljon, paljon suurempia kuin tähdet, joita näemme ympärillämme tänään, joten tällaisen romahtamisen aiheuttama musta aukko olisi etumatka supermassiivisuuden tielle.
Kuten Larson huomauttaa, tulokset saatiin vain tunnin tarkkailussa. Todella syvien havaintojen odotetaan paljastavan kauempana olevia ja vieläkin himmeämpiä galakseja, mikä auttaa meitä vihdoin ymmärtämään, kuinka maailmankaikkeus syntyi ja miten se kasvoi.
Lue myös:
- Tähtitieteilijät ovat nähneet mustan aukon energeettisen aktivoitumisen
- Supermassiivinen musta aukko Sagittarius A* heräsi 200 vuotta sitten