Wygląda jak gwiazda. W środku może kryć się czarna dziura

Tajemniczy obiekt kosmiczny z początków wszechświata

Wydawałoby się, że po dekadach obserwacji astronomowie wiedzą już, z jakich elementów składa się wszechświat. Mamy więc gwiazdy, planety, galaktyki i czarne dziury. Co jakiś czas jednak pojawiają się obiekty, które zmuszają naukowców do poszerzenia tego katalogu. Tak było choćby z kwazarami na początku lat 60. czy pulsarami, odkrytymi pod koniec tej dekady. I być może coś podobnego dzieje się właśnie teraz.

Odkryliśmy nowy typ obiektu astrofizycznego

– mówi Rohan Naidu, astronom związany z MIT i University of Hawaii.

Obiekt, oznaczony jako MoM-BH*-1, został wykryty przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba. Światło, które od niego dotarło, wyruszyło w drogę około 660 milionów lat po Wielkim Wybuchu, kiedy wszechświat miał niespełna jedną dwudziestą swojego dzisiejszego wieku. To właśnie jego nietypowe widmo wprawiło badaczy w konsternację.

Obiekt 100 miliardów razy jaśniejszy niż gwiazda

Uchwycony na zdjęciu punkt był wyjątkowo czerwony, a to w astronomii najczęściej oznacza, że między obiektem a teleskopem znajduje się pył, który pochłania krótsze, niebieskie długości fal. Dokładniejsza analiza pokazała jednak, że za czerwoną barwą stoi prawdopodobnie coś innego – niezwykle gęsty, niemal pozbawiony pyłu gaz wodorowy. Wszystko więc wskazywało na obiekt przypominający gwiazdę, tylko wyjątkowo duży i jasny – zbyt duży i zbyt jasny, by mógł być zwykłą gwiazdą.

Mamy coś, co wygląda trochę jak gwiazda, ale jest 100 miliardów razy jaśniejsze. To znaczy, że nie może być zasilane fuzją jądrową, która jest źródłem energii w sercu wszystkich znanych nam gwiazd

– wyjaśnia Naidu.

Nowa kosmiczna kategoria?

Badacze sprawdzili w symulacjach, co mogłoby wyjaśnić niezwykłą jasność i widmo tego obiektu. Najlepiej pasował model rosnącej czarnej dziury otoczonej wielką kulą gorącego wodoru, mniej więcej wielkości Układu Słonecznego. W jednym z wariantów czarna dziura ma masę około 100 tysięcy Słońc. Otaczający ją gaz pochłania i zmienia emitowane promieniowanie, a jednocześnie częściowo ukrywa jego źródło. Dlatego z daleka cały obiekt wygląda jak gwiazda, choć energię zapewnia mu rosnąca czarna dziura.

Tajemniczy obiekt kosmiczny nie przypomina żadnej dobrze znanej kategorii. Gwiazdą nie jest, bo świeci zbyt mocno, by mógł zasilać go sam proces fuzji jądrowej. Nie przypomina też zwykłego kwazara, ponieważ gęsty gaz wokół niego zmienia i częściowo tłumi emitowane promieniowanie. Nie jest również typową galaktyką, bo jest zbyt zwarty, a jego światła nie da się wyjaśnić samymi gwiazdami. Naukowcy nazwali go więc „black hole star” – gwiazdą czarnej dziury.

Czerwone punkty nie dają spokoju astronomom

Teleskop Webba od kilku lat fotografuje setki podobnych plamek na niebie, nazywanych po prostu „little red dots” – małymi czerwonymi punktami. Jak dotąd nikt nie potrafił jednoznacznie ustalić ich natury. MoM-BH*-1 wyróżnia się wśród nich tym, że świeci na tyle jasno, iż dało się go dokładnie zbadać. Jego światło dominuje nad światłem galaktyki, w której się znajduje, więc wkład gwiazd w obserwowane widmo jest stosunkowo niewielki. Zdaniem badaczy wiele pozostałych czerwonych punktów może skrywać podobne, osłonięte gazem czarne dziury.

Brakujący etap rozwoju czarnych dziur?

Odkrycie może też pomóc rozwiązać zagadkę, która nie daje kosmologom spokoju od pierwszych zdjęć nadesłanych przez teleskop Webba: skąd w tak młodym wszechświecie wzięły się czarne dziury o masach milionów Słońc, jeśli na ich wzrost było bardzo mało czasu. „Black hole stars” byłyby możliwym brakującym ogniwem tej historii – wczesną fazą szybkiego wzrostu czarnej dziury ukrytej w gazie.

Od dziesięcioleci przewidywaliśmy, że w bardzo młodym Wszechświecie musi dziać się coś spektakularnego. „Black hole stars” mogą być tym „czymś spektakularnym”

– podkreśla Naidu.

Hipoteza, która czeka na potwierdzenie

Nowa kategoria nie jest jednak jeszcze przesądzona. Astronomowie rozważają różne wyjaśnienia natury „little red dots”. Mogą to być bardzo gęsto osłonięte aktywne czarne dziury, nietypowe układy, w których mieszają się światło gwiazd i aktywnego jądra galaktyki, albo obiekty wymagające jeszcze innych modeli.

Stawka tego sporu jest znacznie wyższa, niż mogłoby się wydawać. Supermasywne czarne dziury znajdują się w centrach niemal wszystkich dużych galaktyk, w tym naszej, a gdy aktywnie pochłaniają materię, mogą wpływać na ewolucję galaktyk: ogrzewać gaz, napędzać wypływy materii i ograniczać zasoby potrzebne do powstawania nowych gwiazd.

Jeśli „black hole stars” naprawdę istnieją, mogą pokazywać, jak wyglądała jedna z najwcześniejszych faz szybkiego wzrostu takich czarnych dziur. Jeśli nie, astronomowie będą musieli szukać innego wyjaśnienia, skąd wzięły się pierwsze supermasywne czarne dziury.

Odkrycie to pokazuje także skalę naszej niewiedzy. Setki podobnych punktów widnieje na zdjęciach Webba, a mimo to wciąż nie wiadomo, ile z nich skrywa rosnące czarne dziury, ile jest nietypowymi galaktykami i czy niektóre reprezentują zjawiska, które dopiero czekają na swoją nazwę.

Przeczytaj również: Hubble odkrył coś niezwykłego poza Drogą Mleczną. Pierwszy taki ślad