Bardzo wczesna supermasywna czarna dziura

Obecnie uważa się, że supermasywne czarne dziury znajdują się w centrach prawie każdej galaktyki, w tym naszej Drogi Mlecznej. Te gigantyczne czarne dziury mają masę od milionów do miliardów razy większą od masy naszego Słońca. Ale jak i kiedy po raz pierwszy zaczęły się formować supermasywne czarne dziury, nawet gdy wokół nich formowały się najwcześniejsze galaktyki? 23 lutego 2023 roku astronomowie poinformowali, że odkryli szybko rosnącą czarną dziurę w niezwykle odległej galaktyce oznaczonej jako COS-87259. Astronomowie użyli słów „bardzo ekstremalny” do opisania galaktyki i powiedzieli, że jej centralna supermasywna czarna dziura pomoże odpowiedzieć na pytania astronomów.

Astronomowie z University of Texas i University of Arizona wykonali nową pracę, zaglądając do bardzo wczesnego Wszechświata – czyli bardzo odległego Wszechświata – za pomocą Atacama Large Millimeter Array (ALMA), obserwatorium radiowego zlokalizowanego w Chile.

Praca została opublikowana 24 lutego w recenzowanym czasopiśmie Miesięczne zawiadomienia Królewskiego Towarzystwa Astronomicznego.

COS-87259: Dlaczego bardzo ekstremalne?

COS-87259, który zawiera nową supermasywną czarną dziurę, jest uważany za bardzo ekstremalny, ponieważ tworzy gwiazdy w tempie 1000 razy większym niż nasza Droga Mleczna. Ponadto zawiera pył międzygwiazdowy o masie ponad miliarda mas naszego Słońca. Galaktyka jest odległa. Wierzą, że astronomowie widzą to zaledwie 750 milionów lat po Wielkim Wybuchu, który doprowadził do powstania naszego Wszechświata. Widzimy więc galaktykę tak, jak wyglądała, gdy Wszechświat miał około 5% obecnego wieku Wszechświata.

Jednak astronomowie mogą zobaczyć galaktykę i ją zbadać. Jej względna jasność wynika zarówno z szybkiego tempa formowania się gwiazd, jak i rosnącej supermasywnej czarnej dziury w jej centrum.

A co z samą supermasywną czarną dziurą?

Czarna dziura jest uważana za nowy typ pierwotnej czarnej dziury, silnie otoczonej kosmicznym pyłem. W rezultacie emituje prawie całe swoje światło w zakresie średniej podczerwieni widma elektromagnetycznego. Oświadczenie tych astronomów brzmiało:

Naukowcy odkryli również, że ta rosnąca supermasywna czarna dziura (często nazywana aktywnym jądrem galaktycznym) generuje silny strumień materii poruszający się z prędkością bliską prędkości światła przez galaktykę macierzystą…

Szczególnie zdumiewające w tym nowym obiekcie jest to, że został on zidentyfikowany na stosunkowo niewielkim skrawku nieba, zwykle używanym do wykrywania podobnych obiektów – mniejszych niż 10 razy większy od Księżyca w pełni – co sugeruje, że mogą istnieć tysiące podobnych źródeł w bardzo wczesny wszechświat.

Było to zupełnie nieoczekiwane z poprzednich danych.

Jaka jest inna klasa supermasywnych czarnych dziur?

Być może znasz historię odkrycia kwazarów przez Maartina Schmidta w 1963 roku. Na początku wszystko, co wiedzieliśmy o kwazarach, to to, że były bardzo jasne i bardzo odległe. Późniejsze teorie – potwierdzone obserwacjami – sugerowały, że kwazary były bardzo młodymi galaktykami we wczesnym Wszechświecie, z aktywnymi czarnymi dziurami w ich centrach, które są stosunkowo niezasłonięty przez kosmiczny pył. Astronomowie skomentowali:

Te kwazary są niezwykle rzadkie w odległościach podobnych do COS-87259, a tylko kilkadziesiąt znajduje się na całym niebie. Zaskakujące odkrycie COS-87259 i jego czarnej dziury rodzi kilka pytań dotyczących obfitości bardzo wczesnych supermasywnych czarnych dziur, a także rodzajów galaktyk, w których zazwyczaj powstają.

Jaki kosmiczny pył może się ukrywać

Ryan Endsley, główny autor nowego artykułu, skomentował:

Wyniki te sugerują, że bardzo wczesne supermasywne czarne dziury były często mocno przysłonięte przez pył, być może w wyniku intensywnej aktywności gwiazdotwórczej w ich galaktykach macierzystych. Jest to coś, co inni przewidywali już od kilku lat i naprawdę miło jest zobaczyć pierwsze bezpośrednie dowody obserwacyjne potwierdzające ten scenariusz.

Astronomowie skomentowali, że podobne typy obiektów zostały znalezione w bardziej lokalnym, obecnym Wszechświecie, takim jak Arp 299. W tym układzie dwie galaktyki zderzają się ze sobą, generując intensywny wybuch gwiazd, jak również znacznie ukrywając rosnącą supermasywną czarną dziurę w jednej z dwóch galaktyk.

Endsley dodał:

Chociaż nikt nie spodziewał się znaleźć tego rodzaju obiektu w bardzo wczesnym Wszechświecie, jego odkrycie stanowi krok w kierunku lepszego zrozumienia, w jaki sposób czarne dziury o masie miliardów Słońc mogły powstać na tak wczesnym etapie życia Wszechświata, a także w jaki sposób najbardziej masywne galaktyki wyewoluowały jako pierwsze.

Konkluzja: Szybkie formowanie się gwiazd – i centralna supermasywna czarna dziura przesłonięta przez pył – charakteryzują odkrycie nowej, niezwykle odległej galaktyki oznaczonej COS-87259. Ona i jej centralna supermasywna czarna dziura mogą dostarczyć wskazówek co do innych galaktyk i czarnych dziur w bardzo wczesnym Wszechświecie.

Źródło: potwierdzenie ALMA dotyczące przesłoniętego, hiperjasnego, głośnego radiowo AGN przy z = 6,853 związanego z pyłowym wybuchem gwiazdy w polu COSMOS 1,5 deg2

Za pośrednictwem Królewskiego Towarzystwa Astronomicznego