Zagadkowe obiekty z najdalszych obszarów Wszechświata
Zespół astronomów kierowany przez Daniela Whalena z University of Portsmouth przeprowadził zaawansowane symulacje komputerowe, by zbadać naturę obiektów określanych mianem „małych czerwonych kropek” („little red dots” – LRD). Zostały one odkryte dzięki obserwacjom Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba. Uzyskane rezultaty wskazują, że mogą to być obszary, w których narodziły się pierwsze supermasywne czarne dziury. Wyniki pracy opublikowano na łamach czasopisma „The Astrophysical Journal Letters”.
Badanie dostarcza nowych informacji na temat powstawania najmasywniejszych czarnych dziur, które istniały już niespełna miliard lat po Wielkim Wybuchu.
Od rozpoczęcia przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba obserwacji odległych rejonów kosmosu astronomowie zidentyfikowali setki niezwykłych obiektów. Są one niewielkie, zwarte i wyjątkowo jasne, a ze względu na swój wygląd otrzymały nazwę „małych czerwonych kropek”. Na obrazach przedstawiających wczesny Wszechświat przypominają drobne czerwone punkty. Ich istnienia nie uwzględniały wcześniejsze teorie.
Obiekty te należą do najbardziej zaskakujących struktur zaobserwowanych przez Teleskop Webba. Ich średnica wynosi zaledwie kilkaset lat świetlnych, choć emitują tyle światła, co znacznie większe galaktyki. Astronomów zastanawiają również charakterystyczne widma przypominające literę V. Dotychczasowe standardowe modele astrofizyczne nie pozwalały wyjaśnić ich kształtu. Dodatkową trudność stanowi brak wykrytego promieniowania rentgenowskiego i radiowego pochodzącego z tych obiektów.
Ślady powstawania pierwszych masywnych czarnych dziur
Wyniki symulacji kosmologicznych sugerują, że „małe czerwone kropki” mogą być pierwotnymi galaktykami zawierającymi masywne czarne dziury. Obiekty te mogły uformować się wskutek zapadania się pierwszych supermasywnych gwiazd. Ich otoczenie stanowią rozległe dyski gazu, które uczestniczyły w procesie powstawania czarnych dziur. Zgromadzona w nich materia zasłania znaczną część aktywności tych obiektów, przez co bezpośrednie badanie ich natury jest utrudnione.
Według przeprowadzonych analiz czarne dziury znajdujące się w „małych czerwonych kropkach” osiągają masę około 10 milionów mas Słońca. Otaczają je ogromne dyski wypełnione gęstym gazem, który ogranicza widoczność zachodzących tam procesów. Materia ta pochłania wysokoenergetyczne promieniowanie rentgenowskie, przepuszczając jednocześnie część promieniowania ultrafioletowego, światła widzialnego oraz podczerwieni. Opracowany model odtwarza dzięki temu charakterystyczne cechy promieniowania rejestrowanego przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba.
Co jeszcze ujawniły symulacje komputerowe?
Naukowcom udało się także wskazać możliwe źródło niebieskiej części widma „małych czerwonych kropek”. Jest nim duża gromada gwiazd położona w pobliżu czarnej dziury, w granicach tej samej niewielkiej galaktyki. Emitowane przez nią światło stanowi uzupełnienie promieniowania z otoczenia czarnej dziury i pozwala wyjaśnić kolejną właściwość obserwowanych obiektów.
Z przeprowadzonych symulacji wynika ponadto, że takie układy mogą zawierać bardzo zwarte skupiska liczące około 100 milionów gwiazd. Znajdują się one na obszarze o średnicy wynoszącej zaledwie 500 lat świetlnych. Takie wartości odpowiadają wynikom obserwacji rzeczywistych „małych czerwonych kropek” prowadzonych przez astronomów.
Wśród wcześniejszych propozycji wyjaśniających naturę tych obiektów znalazły się między innymi zwarte skupiska gwiazd, czarne dziury zasłonięte przez gęstą materię, supermasywne gwiazdy oraz hipotetyczne, egzotyczne struktury nazywane „gwiazdami czarnych dziur”. Żadna z tych hipotez nie wyjaśniała jednak wszystkich związanych z nimi zagadnień. Nie pozwalały one w pełni określić mechanizmu powstawania „małych czerwonych kropek”, przyczyn ich dużej liczebności, czasu ich istnienia ani źródła tak nietypowego widma.
Jak zaznaczają autorzy badania, opracowany model z powodzeniem odtwarza cechy bardzo różnych „małych czerwonych kropek” obserwowanych przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba. Dotyczy to również jednych z najbardziej odległych i nietypowych przedstawicieli tej grupy, jakie dotąd udało się odkryć.
Mariusz Drzewiecki
