Zespół astronomów odnalazł dowody na trwające łączenie się dwóch galaktyk i ich masywnych czarnych dziur gdy Wszechświat miał zaledwie 740 milionów lat.
Źródło: ESA/Webb, NASA, CSA, J. Dunlop, H. Übler, R. Maiolino i inni
Międzynarodowy zespół astronomów wykorzystał Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba do znalezienia dowodów na trwające połączenie dwóch galaktyk i ich masywnych czarnych dziur, gdy Wszechświat miał zaledwie 740 milionów lat. Układ ten znany jest jako ZS7. Jest to najodleglejsze wykrycie fuzji czarnych dziur, jakie kiedykolwiek uzyskano i pierwszy raz, gdy zjawisko to zostało wykryte w tak wczesnym Wszechświecie.
Astronomowie znaleźli supermasywne czarne dziury o masach od milionów do miliardów razy większych od masy Słońca w większości galaktyk w lokalnym Wszechświecie, w tym w naszej Galaktyce Drogi Mlecznej. Te czarne dziury miały prawdopodobnie duży wpływ na ewolucję galaktyk, w których się znajdują. Jednak naukowcy wciąż nie do końca rozumieją, w jaki sposób obiekty te stały się tak masywne. Znalezienie gigantycznych czarnych dziur już w pierwszym miliardzie lat po Wielkim Wybuchu wskazuje, że taki wzrost musiał nastąpić bardzo szybko i bardzo wcześnie. Teraz JWST rzuca nowe światło na wzrost czarnych dziur we wczesnym Wszechświecie.
Masywne czarne dziury, które aktywnie gromadzą materię, mają charakterystyczne cechy spektrograficzne pozwalające astronomom na ich identyfikację. W przypadku bardzo odległych galaktyk, takich jak te we wspomnianym badaniu, sygnatury te są niedostępne z Ziemi i można je zobaczyć tylko za pomocą Webba.
Znaleźliśmy dowody na istnienie bardzo gorącego gazu poruszającego się szybko w pobliżu czarnej dziury, a także gorącego i silnie zjonizowanego gazu oświetlonego przez energetyczne promieniowanie zwykle wytwarzane przez czarne dziury podczas ich epizodów akrecyjnych – wyjaśniła główna autorka Hannah Übler z Uniwersytetu Cambridge w Wielkiej Brytanii. Dzięki niespotykanej ostrości swoich możliwości obrazowania, Webb pozwolił również naszemu zespołowi na przestrzenne rozdzielenie dwóch czarnych dziur.
Zespół odkrył, że jedna z dwóch czarnych dziur ma masę 50 milionów razy większą od masy Słońca. Masa drugiej czarnej dziury jest prawdopodobnie podobna, choć jest znacznie trudniejsza do zmierzenia, ponieważ obiekt jest ukryty w gęstym gazie – powiedział członek zespołu Roberto Maiolino z Uniwersytetu w Cambridge i University College London w Wielkiej Brytanii.
Nasze odkrycia sugerują, że łączenie się jest ważną drogą, dzięki której czarne dziury mogą szybko rosnąć, nawet o kosmicznym świcie – wyjaśniła Hannah. Wraz z innymi odkryciami Webba dotyczącymi aktywnych, masywnych czarnych dziur w odległym Wszechświecie, nasze wyniki pokazują również, że masywne czarne dziury kształtowały ewolucję galaktyk od samego początku.
Zespół zauważa, że gdy dwie czarne dziury połączą się, wygenerują również fale grawitacyjne. Zdarzenia takie jak to można będzie wykryć za pomocą nowej generacji obserwatoriów fal grawitacyjnych, takich jak zbliżająca się misja Laser Interferometer Space Antenna (LISA), która została niedawno zatwierdzona przez Europejską Agencję Kosmiczną i będzie pierwszym kosmicznym obserwatorium poświęconym badaniu fal grawitacyjnych.
Wyniki Webba mówią nam, że lżejsze układy wykrywalne przez LISA powinny występować znacznie częściej niż wcześniej zakładano – powiedziała Nora Luetzgendorf, główny naukowiec projektu LISA w Holandii. Najprawdopodobniej sprawi to, że dostosujemy nasze modele do częstotliwości LISA w tym zakresie mas. To tylko wierzchołek góry lodowej.
Odkrycia tego dokonano na podstawie obserwacji przeprowadzonych w ramach Galaxy Assembly w programie NIRSpec Integral Field Spectroscopy. Zespołowi niedawno przyznano nowy duży program w 3. cyklu obserwacji Webba, mający na celu szczegółowe zbadanie relacji między masywnymi czarnymi dziurami a ich galaktykami macierzystymi w ciągu pierwszego miliarda lat od Wielkiego Wybuchu. Ważnym elementem tego programu będzie systematyczne poszukiwanie i charakteryzowanie połączeń czarnych dziur. Wysiłki te pozwolą określić tempo łączenia się czarnych dziur we wczesnych epokach kosmicznych i ocenić rolę łączenia się we wczesnym rozwoju czarnych dziur oraz tempo, w jakim od zarania dziejów powstają fale grawitacyjne.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
ESA