James Webbteleskopet har observerat en galax i
ett ungt stadium av universum. När man blickar bakåt i tiden blev det
tydligt att ljuset från galaxen J1120+0641 tog nästan lika lång tid på sig att
nå jorden som det har tagit för universum att utvecklas fram till idag. Det är svårt
att förstå hur det svarta hålet i denna galax centrum kunde ha haft ett innehåll av över en
miljard solmassor redan då i universums första tid vilket oberoende mätningar
har visat.
Nya observationer av materia i närheten av det
svarta hålet borde då avslöja en effektiv matningsmekanism in i hålet men detta kunde
man ej finna. Detta gör resultatet än mer extraordinärt: då det kan betyda att
astrofysiker förstår mindre om galaxers utveckling än de trodde.
Den första miljarden år i universums historia utgör en utmaning för att förstå. De tidigaste kända svarta hålen i galaxers centrum har förvånansvärt stora massor. Hur kunde de bli så massiva så snabbt? Observationen som beskrivs ovan ger starka bevis att vissa föreslagna förklaringar bör finnas särskilt mot ett "ultraeffektivt matningsläge" de tidigaste svarta hålens tillväxt kan inte ha skett slumpmässigt snabbt.
Materia som faller in mot ett
svart hål bildar en virvlande, het, ljus "ackretionsskiva". När detta
händer runt ett supermassivt svart hål blir resultatet en aktiv galaxkärna. De
ljusaste av dessa objekt (I Centrum av en
galax) kallas kvasarer och är bland de ljusaste astronomiska objekten i
hela kosmos. Den ljusstyrkan begränsar hur mycket materia som kan falla in i det svarta hålet: Ljuset utövar ett tryck som kan hindra ytterligare
materia att falla in.
Därför blev astronomerna förvånade när observationer
av avlägsna kvasarer under de senaste tjugo åren avslöjat mycket unga svarta
hål som ändå nått massor så höga som 10 miljarder solmassor. Det tar tid för
ljus att färdas från ett avlägset objekt till oss, så att se på så avlägsna objekt innebär 'ven att se in i ett avlägset förflutet. Vi ser de mest avlägsna
kända kvasarerna som de var i en era som kallas "kosmisk gryning",
mindre än en miljard år efter Big Bang, tiden då de första stjärnorna och
galaxerna bildades.
Att förklara dessa tidiga massiva svarta hål är en
stor utmaning för dagens teorier om galaxers utveckling. Kan det vara så att
tidiga svarta hål var mycket effektivare på att dra till sig gas än senare svarta hål?
Eller kan förekomsten av stoft påverka uppskattningar av kvasarmassan på ett
sätt som fick forskarna att överskatta de tidiga svarta hålens massor? Det
finns många förslag till förklaringar just nu, men ingen som är allmänt
accepterad. Kvasarens breda linjeområde, där klumpar av gas kretsar runt det
svarta hålet med hastigheter nära ljusets hastighet – gör det möjligt
att dra slutsatser om det svarta hålets massa och densiteten och joniseringen
av den omgivande materian visar inget extraordinärt.
Genom att nästan alla egenskaper som kan härledas
i ett spektrum därifrån skiljer sig J1120+0641 inte från kvasarer av yngre slag.
Sammantaget bidrar de nya observationerna bara till
mysteriet: Tidiga kvasarer var lika senare epokers. Oavsett i vilka våglängder
vi observerar dem är kvasarer nästan identiska vid alla tidsepoker av
universum, beskriver Bosman. Inte bara de supermassiva svarta hålen själva utan även deras matningsmekanismer var tydligen redan helt "mogna"
när universum bara var 5 procent av sin nuvarande ålder. Genom att utesluta ett
antal alternativa lösningar ger resultaten starkt stöd för teorin att
supermassiva svarta hål började med betydande massor redan från början, på
astronomispråk: att de är "ursprungliga. Supermassiva svarta hål bildades
inte från resterna av tidiga stjärnor och växte sedan mycket snabbt utan måste
ha bildats tidigt med en massa på minst hundratusen solmassor, förmodligen
genom kollaps av ett massiva tidigt gasmoln.
Vi
ska ha i åtanke att universums första tid var detta mindre och hade en hög
densitet av vätemoln (gasmoln) som bör ha gjort att svarta hål växt snabbt och
även att svarta hål kan vara det första bland det som kom till vid BigBang.
Dr. Sarah Bosman vid Max Planck-institutet för
astronomi, Heidelberg är kontaktperson för den artikel inlägget utgått från.
Bild https://www.mpg.de/
Konstnärs intryck av den ljusa kärnan i en kvasar (en aktiv galax). Det supermassiva svarta hålet i mitten är omgivet
av en ljus skiva av gas och stoft. Stoftkomponenten längre ut kan skymma sikten
av interiören och lyser främst i det mellersta infraröda området vilket är ljus
som kan analyseras av James Webb Space Telescope. En buntad, högenergetisk
partikelstråle skjuter ut i rymden från det svarta hålets omedelbara närhet
vinkelrätt mot skivan.
© T. Müller / MPIA
