Astronomowie z University of Texas i University of Arizona odkryli szybko rosnącą czarną dziurę w jednej z najbardziej ekstremalnych galaktyk znanych we wczesnym Wszechświecie. Odkrycie galaktyki i czarnej dziury w jej centrum dostarcza nowych wskazówek na temat powstawania pierwszych supermasywnych czarnych dziur. Nowa praca została opublikowana w Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Wykorzystując obserwacje wykonane za pomocą Atacama Large Millimeter Array (ALMA), obserwatorium radiowego zlokalizowanego w Chile, zespół ustalił, że galaktyka o nazwie COS-87259 zawierająca nową supermasywną czarną dziurę jest bardzo ekstremalna i tworzy gwiazdy w tempie 1000 razy większym naszej własnej Drogi Mlecznej i zawierające pył międzygwiazdowy o masie ponad miliarda mas Słońca. Galaktyka świeci jasno zarówno dzięki intensywnemu wybuchowi formowania się gwiazd, jak i rosnącej supermasywnej czarnej dziurze w jej centrum.
Czarna dziura jest uważana za nowy typ pierwotnej czarnej dziury – silnie otoczonej kosmicznym „pyłem”, przez co prawie całe jej światło jest emitowane w średnim zakresie podczerwieni widma elektromagnetycznego. Naukowcy odkryli również, że ta rosnąca supermasywna czarna dziura (często nazywana aktywnym jądrem galaktycznym) generuje silny strumień materii poruszający się z prędkością bliską prędkości światła przez galaktykę macierzystą.
Obecnie czarne dziury o masach od milionów do miliardów razy większych od masy naszego Słońca znajdują się w centrum niemal każdej galaktyki. To, w jaki sposób powstały te supermasywne czarne dziury, pozostaje tajemnicą dla naukowców, zwłaszcza że kilka takich obiektów znaleziono, gdy Wszechświat był bardzo młody. Ponieważ światło z tych źródeł dociera do nas tak długo, widzimy je takimi, jakie istniały w przeszłości; w tym przypadku zaledwie 750 milionów lat po Wielkim Wybuchu, co stanowi około 5% obecnego wieku Wszechświata.
Szczególnie zdumiewające w tym nowym obiekcie jest to, że został on zidentyfikowany na stosunkowo niewielkim skrawku nieba, zwykle używanym do wykrywania podobnych obiektów – mniejszych niż 10 razy większy od Księżyca w pełni – co sugeruje, że mogą istnieć tysiące podobnych źródeł w bardzo wczesnym Wszechświecie. Było to zupełnie nieoczekiwane z poprzednich danych.
Jedyną inną klasą supermasywnych czarnych dziur, o których wiedzieliśmy w bardzo wczesnym Wszechświecie, są kwazary, które są aktywnymi czarnymi dziurami, które są stosunkowo niezasłonięte przez kosmiczny pył. Te kwazary są niezwykle rzadkie w odległościach podobnych do COS-87259, a tylko kilkadziesiąt znajduje się na całym niebie. Zaskakujące odkrycie COS-87259 i jego czarnej dziury rodzi kilka pytań dotyczących obfitości bardzo wczesnych supermasywnych czarnych dziur, a także rodzajów galaktyk, w których zazwyczaj powstają.
Ryan Endsley, główny autor artykułu, a obecnie doktor habilitowany na University of Texas w Austin, mówi: „Wyniki te sugerują, że bardzo wczesne supermasywne czarne dziury były często mocno przesłonięte przez pył, być może w wyniku intensywnej aktywności gwiazdotwórczej w swoich galaktykach macierzystych. Jest to coś, co inni przewidywali już od kilku lat i naprawdę miło jest zobaczyć pierwszy bezpośredni dowód obserwacyjny potwierdzający ten scenariusz”.
Podobne typy obiektów zostały znalezione w bardziej lokalnym, obecnym Wszechświecie, na przykład pokazany tutaj Arp 299. W tym systemie dwie galaktyki zderzają się ze sobą, generując intensywny wybuch gwiazdowy, a także ciężkie zaciemnienie rosnącej supermasywnej czarnej dziury w jednej z dwóch galaktyk.
Endsley dodaje: „Chociaż nikt nie spodziewał się znaleźć tego rodzaju obiektu w bardzo wczesnym Wszechświecie, jego odkrycie stanowi krok w kierunku znacznie lepszego zrozumienia, w jaki sposób czarne dziury o masie miliarda mas Słońca mogły powstać na tak wczesnym etapie życia Wszechświata” , a także jak po raz pierwszy wyewoluowały najmasywniejsze galaktyki”.