I det tidiga universum har upptäckts ett stort vilande svart hål i en mindre galax

 

Bild https://www.cam.ac.uk  Illustratörs intryck av ett svart hål under en av dess korta perioder av snabb tillväxt. Upphovsman: Jiarong Gu.

Ett internationellt team av astronomer frånUniversity of Cambridge som använt NASA/ESA/CSA James Webb Space Telescope  upptäckte detta svarta hål i det tidiga universum endast 800 miljoner år efter Big Bang.

Det svarta hålet har 400 miljoner gånger större massa än vår sol vilket gör det till ett av de mest massiva svarta hålen som Webb upptäckt vid denna tidpunkt i universums utveckling och historia. Det svarta hålet är så enormt att det utgör ungefär 40 procent av den totala massan i sin galax. Jämförelsevis är de flesta svarta hål i det universum vi har kunskap om ungefär 0,1 procent av sin galax massa.

Men trots storleken drar det till sig enbart cirka 100 gånger mindre än den teoretiska massa den skulle kunna dra till sig vilket gör det i princip till ett vilande svart hål.

Ett så massivt svart hål så tidigt i universum, men som inte växer utmanar befintliga modeller för hur svarta hål utvecklas. Forskarna påtalar att det mest troliga scenariot är att svarta hål går igenom korta perioder av ultrasnabb tillväxt följt av långa perioder av lugn. När svarta hål "är lugna" är de betydligt mindre ljusstarka vilket gör dem svårare att upptäcka även med mycket känsliga teleskop som Webbteleskopet.

Svarta hål kan inte observeras direkt istället detekteras de av det avslöjande skenet från en virvlande ackretionsskiva som bildas nära det svarta hålets kanter. När svarta hål växer aktivt blir gasen i ackretionsskivan extremt het och börjar glöda och utstråla energi i det ultravioletta fältet.

– Även om det här svarta hålet är vilande har dess enorma storlek gjort det möjligt för oss att upptäcka det, beskriver Ignas Juodžbalis, huvudförfattare vid Kavliinstitutet för kosmologi i Cambridge. I det tidiga universum skapades även mycket stora hål  även i relativt små galaxer.

Enligt standardmodeller bildas svarta hål från kollapsade rester av döda stjärnor och drar till sig materia upp till en förutspådd gräns, känd som Eddington-gränsen där strålningstrycket på materia övervinner gravitationskraften från det svarta hålet. Blotta storleken på detta svarta hål tyder dock på att standardmodellen kanske inte förklarar hur dessa jättehål bildas och växer. 

– Det är möjligt att svarta hål "är stora från början vilket skulle kunna förklara varför Webb har upptäckt enorma svarta hål i det tidiga universum, beskriver medförfattaren professor Roberto Maiolino vid Kavliinstitutet och Cavendish Laboratory i Cambridge. "Men en annan möjlighet är att de går igenom perioder av hyperaktivitet, följt av långa perioder av dvala."

I samarbete med kollegor från Italien genomförde Cambridgeforskarna en rad datorsimuleringar för att modellera hur detta vilande svarta hål kunde ha vuxit till en så massiv storlek så tidigt i universum. De fann att det mest troliga scenariot är att svarta hål kan överskrida Eddingtongränsen under korta perioder, under vilka de växer mycket snabbt, följt av långa perioder av inaktivitet: forskarna säger att svarta hål som detta sannolikt växer i fem till tio miljoner år

Observationerna gjordes som en del av JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES). Forskningen stöddes delvis av Europeiska forskningsrådet och Science and Technology Facilities Council (STFC), som är en del av UK Research and Innovation (UKRI). Studien redovisas i tidskriften Nature.

Vi ska även ha i åtanke att i det tidiga universum fanns stora mängder gas och damm som kan ha hjälpt till att skapa mastodontstora svarta hål även i områden där små galaxer bildades. Det kan ha varit en inflation av påväxt till dessa utan att stjärnor påverkats. Kanske några stjärnor under denna tid sprängdes som supernovor då de misslyckades i sin bildning och resterna av dessa blev början till svarta hål.