Ännu en teori om de bland forskare så aktuella ”Little red dots”

 

Bild wikipedia En liten rödpunktsgalax (mitten) i falsk färg.

PÅ flera universitet forskas det  i dag om de så kallade little red spots för att utröna vad de är.

 Astronomer vid Centrum för astrofysik | Harvard och Smithsonian har föreslagit en ny förklaring till några av universums mest förbryllande tidiga galaxer (Flertalet anser det är galaxer) , med smeknamnet " little red spots ".

I studien, som publiceras i The Astrophysical Journal Letters, föreslår författarna Fabio Pacucci och Abraham (Avi) Loeb att dessa galaxer är resultatet av mycket långsamt snurrande halos av mörk materia, en extremt sällsynt kosmisk struktur.

Dessa ljussvaga, kompakta objekt, som upptäcktes i rymdbilder från James Webb Space Telescope (JWST), har utmanat forskarnas förståelse av hur galaxer och svarta hål bildades i det tidiga universum.

Deras artikel "Cosmic Outliers: Low-Spin Halos Explain the Abundance, Compactness, and Redshift Evolution of the Little Red Dots" ger en fysikalisk förklaring till prickarnas distinkta egenskaper. 

" Little red spots är mycket kompakta och röda avlägsna galaxer som var helt oupptäckta före James Webb Space Telescope", beskriver Pacucci. – De är utan tvekan den mest överraskande upptäckten av JWST hittills. Vårt arbete visar att dessa kan bildas naturligt i halos av mörk materia med mycket lågt spinn.

Dessa galaxer är främst synliga när universum bara var en miljard år gammalt, men bildades troligen mycket tidigare, beskriver Pacucci, under en tid som kallas den kosmiska gryningen. Trots att de är ungefär en tiondel så stora som vanliga galaxer visar astronomiska observationer att de verkar ovanligt ljusstarka. Astronomer tror att deras  röda färg tyder på att de är höljda i stoft eller fyllda med äldre stjärnor.

I flera år har astronomer debatterat om ljuset vi observerar från dessa objekt kommer från stjärnor eller centrala supermassiva svarta hål.

"Det är ett grundläggande mysterium", beskriver Pacucci. – Om de innehåller svarta hål så är de enorma för så små galaxer. Men om de bara innehåller stjärnor är galaxerna för kompakta för att rymma dem alla och når centrala stjärndensiteter som är otänkbara.

I stället för att fokusera på vad som driver de lysande prickarna tog Pacucci och Loeb ett annat tillvägagångssätt: de undersökte hur sådana objekt kan bildas så tidigt i universums historia. Några av prickarna visar breda emissionslinjer i sina spektra vilket är möjliga tecken på aktiva svarta hål, men de saknar den röntgenstrålning som vanligtvis förknippas med dem. Pacucci leder nya program för att bättre förstå naturen hos dessa märkliga astrofysiska källor. Att hitta liknande närliggande galaxer kommer till exempel att klargöra vad de utvecklas till senare i tid och rum.

"Vårt arbete är ett steg mot att förstå dessa mystiska föremål", beskriver han. De kan hjälpa oss att förstå hur de första svarta hålen bildades och utvecklades tillsammans med galaxer i det tidiga universum, säger han.

Jag upprepar som jag tidigare beskrivit i tidigare inlägg. För min del anser jag att Little Red Dots inte är galaxer med stjärnor utan är de första svarta hålen och slukar stora mängder av gas och stoft. Stoff och gas som inte det svarta hålet kunnat dra till sig på grund av avståndet bildar den första generationen av stjärnor bestående av väte längre fram i tiden blir centrum för nya stjärnor och galaxer.

Astronomer lyckades fånga ögonblicket då ett svart hål blev aktivt.

 

Bild https://public.nrao.edu/ Översta delen av bilden galaxhopen (vit/violett) och dess heta gasatmosfär (blå); nedre högra delen av bilden  NSF VLBA-bild av det nyligen uppvaknade centrala svarta hålet och dess små jetstrålar; nedre vänstra bilden: artikelns huvudförfattare, Francesco Ubertosi, med en av NSF VLBA-antennerna (Owens Valley, CA) som används för observationerna i bakgrunden. Fotograf: Univ. of Bologna/F.Ubertosi

Astronomer som har använt sig av(radioteleskopen) U.S. National Science Foundation's Very Long Baseline Array (NSF VLBA) och U.S. National Science Foundation's Very Large Array (NSF VLA) har upptäckt ett supermassivt svart hål då det håller på att vakna upp ur en lång inaktivitet vilket ger en aldrig tidigare skådad inblick i de tidigaste stadierna av svarta håls aktivitetsuppvaknande. Upptäckten ger nya rön om hur dessa svarta hål börjar påverka sin omgivning och kan hjälpa till att lösa långvariga gåtor om galaxers utveckling.

Forskningen, som letts av Francesco Ubertosi vid universitetet i Bologna och det nationella institutet för astrofysik i Italien (INAF/IRA), fokuserade på galaxhopen CHIPS 1911+4455, som finns cirka 6 miljarder ljusår från jorden. Det som gör det här systemet extraordinärt är att dess centrala supermassiva svarta hål först nyligen har blivit aktivt astronomiskt sett och börjat konsumera materia och skjuta upp jetstrålar Aktiviteten beräknas ha börjat för bara tusen år sedan.

"Det här är som att se en sovande jätte vakna", beskriver Ubertosi, studiens huvudförfattare. – Vi ser det här supermassiva svarta hålet i början av sin aktiva fas innan det har hunnit förändra sin omgivning i någon större utsträckning. Det är en otroligt sällsynt möjlighet att studera skeendet.

Med hjälp av NSF VLBA:s extraordinära upplösning som kan urskilja detaljer som motsvarar att läsa en tidning i Los Angeles från New York upptäckte forskarlaget att det svarta hålets jetstrålar sträcker sig bara cirka 30 parsec (ungefär 100 ljusår) från det centrum av det svarta hålet. Det kan låta stort men i kosmiska termer är det smycket kort. Som jämförelse kan ädre jetstrålar från svarta hål i liknande system sträcka sig upp till tiotusentals parsec.

NSF VLBA-observationerna avslöjade en kompakt radiokälla med symmetriska, dubbelsidiga jetstrålar som kommer ut från galaxens kärna. Radiospektrumet visar den karakteristiska "toppiga" formen som identifierar detta som en mycket ung radiogalax, uppskattningsvis bara cirka 1 000 år gammal – ett kosmiskt ögonblick.

"Jetstrålarna är så unga och små att de inte har hunnit trycka bort den omgivande heta gasen eller störa den nedkylningsprocess som sker i klustrets kärna", förklarar medförfattaren Myriam Gitti, från universitetet i Bologna och INAF/IRA. – Det här ger oss ett unikt laboratorium för att studera hur återkoppling från svarta hål startar.

De flesta studier av supermassiva svarta hål i galaxhopar fokuserar på äldre system där det svarta hålet har varit aktivt i miljontals år, blåst upp enorma radioemitterande bubblor och värmt upp den omgivande gasen. CHIPS 1911+4455 representerar vad forskarna kallar ett "pre-feedback"-kluster – ett system där de kan studera de förhållanden som råder innan det svarta hålet påverkar sin omgivning på ett betydande sätt.

Det centrala svarta hålet har precis börjat sin aktivitet, men galaxen som omger det är redan en exceptionell stjärnfabrik. Forskarnas analys ligger i linje med tidigare undersökningar som tyder på att galaxen bildar stjärnor med en hastighet av 140-190 solmassor per år – mer än 100 gånger snabbare än vår egen galax Vintergatan. Detta gör den till en av de snabbast kända galaxerna i centrala stjärnhopen i stjärnbildningstakt. Forskningen är ett viktigt steg mot att förstå en av de mest grundläggande processerna i galaxers utveckling – hur supermassiva svarta hål reglerar stjärnbildning och påverkar utvecklingen av de största strukturerna i universum. Kan den snabba stjärnbildningstakten bero på att det svarta hålet varit inaktivt under lång tid?

 Artikeln har precis publicerats i The Astrophysical Journal och läsas här: eller här https://arxiv.org/abs/2508.04778.

Vintergatans rörelse vid sammanslagning med Andromedagalaxen med flera.

 

Bild wikipedia Den här serien av fotoillustrationer visar den förutspådda sammanslagningen mellan Vintergatan och den närliggande Andromedagalaxen.

Dr Sarah Sweet från School of Mathematics and Physics leder Delegate som är ett projekt  i samarbete med bland annat Australian National University's Research School of Astronomy and Astrophysics med syftet att förstå om utvecklingen av Vintergatan är typisk för vad som ses i andra delar av universum.

– Vintergatan kommer att sammanslås med Andromeda och deras respektive mindre dvärggalaxer under de kommande 2,5 miljarder åren och även om det har gjorts en hel del forskning om vad som händer i vår lokala grupp vet vi inte hur typiskt det är i universum.

– Vi studerade två liknande spiralgalaxer som ligger ungefär 3 miljarder år före Vintergatan och Andromeda i sammanslagning ( dessa smälte samman för en miljard år sedan).

– I artikeln beskrivs att galaxerna  NGC5713 och NGC5719 sammanslogs genom en dans  med de nära belägna dvärgsatelliterna som roterar omkring dem.

Utan en sådan sammanslagning skulle dvärggalaxer kunna förbli i ett slumpmässigt utspritt moln inte arrangerade i sammanhängande plan som de runt Vintergatan och Andromeda.Se medföljande you tube film i länken ovan för att lättare förstå händelseförloppet.

– Det här kan ge oss den tydligaste bilden hittills av hur strukturer som Vintergatans satellitsystem bildas och hur de kommer att utvecklas. Forskningen publicerades i Monthly Notices of the Royal AstronomicalSociety.

Stjärnskepp över generationer

 

Bild på boken Möte med Rama av Arthur C Clarke (engelsk upplaga) tycker den passar in när vi beskriver stjärnskepp.

Project Hyperion är ett projekt där man undersöker genomförbarheten av bemannade interstellära resor via generationsskepp, med hjälp av nuvarande och nära framtida teknologier.

 Ett generationsskepp är en teoretisk rymdfarkost som är utformad för långvariga interstellära resor då resan kan ta århundraden att genomföra. Tanken bakom ett generationsskepp är att den första besättningen ska leva, reproducera sig och dö på skeppet och att deras ättlingar ska fortsätta resan tills de når sin destination. Skeppen är ofta tänkta som självförsörjande ekosystem, med jordbruk, bebyggelse och andra nödvändiga livsuppehållande system för att säkerställa överlevnad över flera generationer.

Initiative for Interstellar Studies (i4is)  Kan nu presentera vinnarna av Project Hyperion Design Competition, en banbrytande global utmaning som uppmanade tvärvetenskapliga team att föreställa sig ett generationsskepp. En bemannad interstellär rymdfarkost designad för en 250-årig resa till en beboelig planet. Teamet designade livsmiljöer för en rymdfarkost som skulle göra det möjligt för ett samhälle att upprätthålla sig självt och blomstra i en mycket resursbegränsad miljö.

Se länk ovan i inlägget för att se och läsa om vinnarförslaget mfl. Själv får jag lite tankar om skeppet i boken Möte med Rama av Arthur C Clarke. 

En druvliknande galax

 

Bild https://www.almaobservatory.org/ En illustratörs bild av galaxen "Cosmic Grapes", som består av minst 15 massiva stjärnbildande klumpar vilket är mycket fler än vad nuvarande teoretiska modeller förutspår skulle kunna existera inuti en enda roterande skiva vid denna tidiga tidpunkt i universums historia. Bild: NSF/AUI/NSF, NRAO/B.Saxton. Fotograf: NSF/AUI/NSF NRAO/B. Saxton

Med observationer från ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) och James Webb Space Telescope (JWST), förstärkt med gravitationslins har ett forskarlag (se nedan rapport)  upptäckt en urgalax bara 930 miljoner år efter Big Bang (z=6,072), bestående av minst 15 kompakta stjärnbildande klumpar inbäddade i en roterande skiva som liknar en "kosmisk druva". Dessa klumpar, med storlekar från 10 till 60 parsek, ger 70 procent av galaxens UV-ljus vilket omformar vår förståelse av tidig galaktisk strukturbildning. Totalt ägnades mer än 100 timmars teleskoptid åt detta system vilket gör det till en av de mest intensivt studerade galaxerna i det tidiga universum.

Eftersom befintliga datasimuleringar misslyckas med att återskapa ett så stort antal klumpar i roterande galaxer i den första tiden väcker denna upptäckt viktiga frågor om hur galaxer bildas och utvecklas. Det tyder på att vår förståelse av återkopplingsprocesser och strukturbildning i unga galaxer kan behöva revideras. De kosmiska druvorna erbjuder nu ett unikt fönster in i galaxernas födelse och tillväxt och kan vara det första av många. Framtida observationer kommer att vara avgörande för att avslöja om sådana klumpiga strukturer var vanliga i universums ungdom.

Forskningsrapporten med titeln "Primordial rotating disk composed of least 15 dense star-forming clumps at cosmic dawn" av Yuichi Matsuda ALMA EA-ARC Staff Member m.fl. publicerades i Nature Astronomy. 

Det verkar som ett stort okänt kompakt objekt skapat binära svarta hål.

 

Bild https://english.cas.cn/ Sammanslagning av binära svarta hål nära ett tredje supermassivt troligen svart hål. (Bild av SHAO)

Nyligen upptäckte en forskargrupp under ledning av Dr. HAN Wenbiao vid SHAO (Shanghai Astronomical Observatory of the Chinese Academy of Sciences)  övertygande bevis på  en fusion av binära svarta hål(två svarta hål som sammanslås) Händelsen kallas GW190814 och skeendet  inträffade i gravitationsfältet av ett tredje kompakt objekt, möjligen var detta också ett stort svart hål.

Upptäckten, publicerades den 21 juli i The Astrophysical Journal Letters 

 I ovan artikel beskrivs nya rön av att lösa mysteriet med hur binära svarta hål bildas.

Sedan den första upptäckten av gravitationsvågor 2015 har det i  LIGO-Virgo-KAGRA-samarbetet observerats över 100 gravitationsvågor varav de flesta har sitt ursprung i kollisioner mellan binära svarta hål. Dessa händelser har gett viktig data för att förstå fysiken bakom sammanslagning av två svarta hål. Men mekanismerna bakom deras bildning och utveckling är ännu oklar.

Dr. HAN:s team har tidigare föreslagit "b-EMRI"-modellen som beskrivs i denna artikel   där ett supermassivt svart hål fångar in ett binärt svart hål och skapar ett hierarkiskt trippelsystem. De binära svarta hålen "dansar" runt det supermassiva svarta hålet och sänder ut gravitationsvågor över flera frekvensband. Detta system inkluderades senare i LISA:s vitbok och listades som en unik källa i Kinas rymdburna gravitationsvågsdetekteringsprojekt.

Sedan dess har forskarlaget letat efter bevis för att binära svarta hål slås samman nära supermassiva svarta hål i data från LIGO-Virgo instrumenten.

Genom sin analys fokuserade teamet på gravitationsvågshändelsen GW190814. Medförfattaren till studien Dr. YANG Shucheng förklarar i studien att dess binära komponenter uppvisar ett ovanligt massförhållande på nästan 10:1. En sådan extrem skillnad tyder på att de en gång kan ha varit en del av ett trippelsystem med ett supermassivt svart hål, som gradvis dras närmare av gravitationens interaktion. Alternativt kan de ha bildats i ackretionsskivan i en aktiv galaxkärna, dragits samman av gravitationen från omgivande kompakt objekt innan de sammanslogs samman.

Forskarna observerade att om ett binärt svart hål sammanslås nära ett tredje kompakt objekt, skulle omloppsrörelsen runt det tredje objektet (som troligen även detta är ett svart hål) ge en siktlinjeacceleration innebärande en acceleration längs observatörens siktlinje. Denna acceleration skulle förändra gravitationsvågens frekvens genom dopplereffekten vilket lämnar ett distinkt "spår" i signalen. 

Med nästa generation av markbaserade gravitationsvågsdetektorer (t.ex. Einstein Telescope, Cosmic Explorer) och rymdbaserade detektorer (t.ex. LISA, Taiji, TianQin) kommer forskare att kunna fånga subtila variationer i gravitationsvågssignaler med ännu större precision. Framtida observationer kan då avslöja fler händelser liknande  GW190814, vilket då blir till hjälp för att bättre förstå bildandet och utvecklingen av binära svarta hål.

Ett svart hål som fanns för 13,3 miljarder år sedan och troligen finns än i dag

 

Bild https://news.utexas.edu/ Illustration av CAPERS-LRD-z9, platsen för det tidigast funna bekräftade svarta hålet. Det supermassiva svarta hålet i dess centrum tros vara omgivet av ett kraftigt gasmoln vilket ger galaxen en distinkt röd färg. Image credit: Erik Zumalt, The University of Texas at Austin.

Ett internationellt team av astronomer under ledning från University of Texas vid Austins Cosmic Frontier Center har identifierat det mest avlägsna svarta hål som bekräftats. Det och galaxen där det finns kallas CAPERS-LRD-z9 och fanns redan 500 miljoner år efter Big Bang. Det placerar det 13,3 miljarder år in i det förflutna då universum bara var 3 % av sin nuvarande ålder.

– När man letar efter svarta hål är det ungefär så långt tillbaka som man kan komma. Vi tänjer på gränserna för vad dagens teknik kan upptäcka beskriver Anthony Taylor, postdoktoral forskare vid Cosmic Frontier Center och ledare för teamet som gjorde upptäckten. Deras forskningsresultat publicerades den 6 augusti i Astrophysical Journal Letters. 

"Även om astronomer har hittat några få, mer avlägsna men ej bekräftade kandidater", tillägger Steven Finkelstein, medförfattare till artikeln och chef för Cosmic Frontier Center, "har man ännu inte hittat den distinkta spektroskopiska signaturen som förknippas med ett svart hål." CAPERS-LRD-z9, som till en början sågs som en intressant fläck i Jamers Webb teleskopets bilder, visade sig vara en del av en ny klass av galaxer som kallas "Little Red Dots". Dessa galaxer, som bara finns under universums första 1,5 miljarder år är mycket kompakta, röda och oväntat ljusstarka.

"Upptäckten av Little Red Dots var en stor överraskning från tidiga JWST-data eftersom de inte alls liknade galaxer som setts med rymdteleskopet Hubble", förklarar Finkelstein. "Nu håller vi på att ta reda på hur dessa är och hur de kom till."

CAPERS-LRD-z9 kan hjälpa astronomer att göra just det. För det första bidrar den här galaxen till allt fler bevis för att supermassiva svarta hål är källan till den oväntade ljusstyrkan i Little Red Dots. Vanligtvis skulle den ljusstyrkan indikera ett överflöd av stjärnor i en galax. Men de små röda prickarna existerar vid en tidpunkt då det är osannolikt att det finns en  stor massa av stjärnor (galaxer).

Å andra sidan lyser svarta hål också starkt. Det beror på att de komprimerar och värmer upp materia de förbrukar, vilket skapar enormt ljus och energi. Genom att bekräfta existensen av ett svart hål i CAPERS-LRD-z9 har astronomer hittat ett slående exempel på detta samband i Little Red Dots. För att fortsätta sin forskning om CAPERS-LRD-z9 hoppas teamet kunna samla in fler observationer med högre upplösning med hjälp av JWST. Detta skulle kunna ge större insikt om platsen och den roll som svarta hål spelade i utvecklingen av Little Red Dots. "Det här är ett bra testobjekt för oss", beskriver Taylor. – Vi har inte kunnat studera tidiga svarta håls evolution förrän nyligen och vi är spända på att se vad vi kan lära oss av detta unika objekt beskriver han.

För min del anser jag att Little Red Dots inte är galaxer med stjärnor utan är de första svarta hålen som slukar gas och stoft och som längre fram blir centrum för nya stjärnor och galaxer genom att gas och stoff som inte dras in i det svarta hålet på grund av avstånd samlas i skiva vari nya stjärnor bildas.