Małe Czerwone Kropki mogą kryć rosnące czarne dziury
Naukowcy pod kierownictwem Takumiego Tanaki z University of Tokyo przeanalizowali obrazy w podczerwieni wykonane przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba. Dzięki temu zidentyfikowali liczne masywne czarne dziury istniejące około 12,5–12,8 miliarda lat temu. Obiekty te aktywnie gromadziły materię ze swojego otoczenia i szybko zwiększały swoją masę, a niektóre z nich mogły znajdować się na drodze do połączenia. Wyniki badania opublikowano w czasopiśmie „Publications of the Astronomical Society of Japan”.
Dalsze poszukiwanie połączeń czarnych dziur z wykorzystaniem opracowanej przez naukowców metody analizy obrazów oraz statystyczne ustalenie, jaki odsetek tych obiektów występuje w bliskich parach, może pomóc określić znaczenie połączeń dla ich wzrostu we wczesnych etapach ewolucji.
W centrach większości współczesnych galaktyk znajdują się supermasywne czarne dziury o masach wynoszących od milionów do miliardów mas Słońca. Ich rozmiary znacznie przewyższają masy zwykłych czarnych dziur, jednak astronomowie nadal nie wiedzą, w jaki sposób obiekty te osiągnęły tak ogromne rozmiary.
Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, który prowadzi obserwacje od 2022 roku, pozwolił zidentyfikować kilka nowych rodzajów obiektów znajdujących się w odległym Wszechświecie. Są one niewielkie i mają charakterystyczną czerwoną barwę, dlatego nazwano je „Małymi Czerwonymi Kropkami” (Little Red Dots, LRD). Zdaniem naukowców mogą to być czarne dziury, które gromadzą otaczającą je materię i dzięki temu szybko rosną.
Łączenie się jednej czarnej dziury z drugą mogłoby wyjaśniać ich szybki wzrost. Dotychczas astronomom nie udało się jednak jednoznacznie zidentyfikować dwóch „Małych Czerwonych Kropek”, które zbliżałyby się do siebie. Naukowcy uznali, że przyczyną mogły być stosowane wcześniej metody analizy. Dwie znajdujące się bardzo blisko siebie LRD mogły bowiem zostać potraktowane jako jeden obiekt.
Nowa technika ujawniła cztery podwójne układy
W ramach badania astronomowie przeanalizowali wysokorozdzielcze obrazy w podczerwieni uzyskane przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba. Zamiast skupiać się wyłącznie na jasności i kolorze całych obiektów, zastosowali nową metodę selekcji barw piksel po pikselu. Pozwoliło to przeanalizować kolor każdego pojedynczego piksela obrazu.
Udoskonalona technika umożliwiła naukowcom wyszukanie „Małych Czerwonych Kropek”, które wyglądały jak pojedyncze obiekty, choć w rzeczywistości mogły być dwiema czarnymi dziurami zmierzającymi ku połączeniu.
W ten sposób badacze znaleźli cztery pary podwójnych LRD pochodzących z okresu sprzed 12,5–12,8 miliarda lat. W każdym przypadku oba obiekty dzieliła niewielka odległość. Wynosiła ona od kilku tysięcy do kilkudziesięciu tysięcy lat świetlnych, a więc znacznie mniej niż około 100 tysięcy lat świetlnych, czyli rozmiar Drogi Mlecznej.
Bliskie pary mogą wskazywać na przyszłe połączenia
Astronomowie sprawdzili również, czy wykryte pary rzeczywiście znajdowały się blisko siebie, czy też mogły leżeć w różnych odległościach i tylko pozornie tworzyć bliskie układy z perspektywy Ziemi. W tym celu obliczyli prawdopodobieństwo przypadkowego występowania tak bliskich par, opierając się na liczbie oraz rozmieszczeniu tego rodzaju obiektów na analizowanym obszarze.
Wyniki wskazały, że mało prawdopodobne jest, aby wszystkie cztery pary były jedynie przypadkowymi układami obiektów znajdujących się w różnych odległościach. Naukowcy uznali, że może to wskazywać na występowanie LRD w skupiskach obejmujących obszar kilku tysięcy lat świetlnych.
Zdaniem astronomów połączenia są jednym z mechanizmów, które mogą transportować duże ilości gazu w kierunku centrów galaktyk, przemieszczając materię w stronę znajdującej się tam czarnej dziury. Wyniki badania mogą wskazywać, że zderzenia galaktyk są związane z szybko rosnącymi czarnymi dziurami we wczesnym Wszechświecie.
Jeżeli każda „Mała Czerwona Kropka” zawiera rosnącą czarną dziurę, obiekty tworzące poszczególne pary mogłyby ostatecznie się połączyć. Takie fuzje mogłyby zostać wykryte przez przyszłe obserwatoria fal grawitacyjnych.
Mariusz Drzewiecki
