Czarna dziura dalekiego kwazara jest niespodziewanie ogromna jak na swoją galaktykę

Pierwsze zarejestrowanie światła gwiazd z galaktyki, która gości jedno z najbardziej odległych kwazarów, ujawniło astronomiczne osobliwości.

Kwazary - palące jasne rdzenia galaktyk - zawdzięczają swoją blask intensywnemu ciepłu, które powstaje, gdy gaz wiruje wokół dużego czarnej dziury. Jak informują astronomowie w artykule złożonym 14 października na arXiv.org, czarna dziura napędzająca kwazar oddalony o 13 miliardów lat świetlnych od Ziemi jest o połowę mniej masywna niż wszystkie gwiazdy wokół niej - rekordowo wysoki stosunek dla galaktyki gospodarza kwazara.

Pomóż nam się poprawić, biorąc udział w naszym 15-pytaniowym ankiecie dla czytelników.

Wszystkie wcześniejsze próby dostrzeżenia galaktyki gospodarza za pomocą Teleskopu Kosmicznego Hubble'a zawiodły. Dlatego astronomowie zdecydowali się skierować swoje oczko na Teleskop Kosmiczny Jamesa Webba, czyli JWST (SN: 6/20/23).

Kwazar o nazwie ULAS J1120+0641 i czwarty najdalszy znany, przewyższa swoją galaktykę ponad 100 razy (SN: 6/29/11). "To sprawia, że jest bardzo trudno zmierzyć [światło] z galaktyki gospodarza" - mówi członek zespołu Minghao Yue, astronom z MIT. Jednak w ciągu 13 miliardów lat, w których światło kwazara pędziło w naszą stronę, rozprzestrzenianie się wszechświata rozciągnęło fale świetlne o ponad 700 procent. Dlatego widzimy światło widzialne kwazara w podczerwieni, gdzie JWST przeprowadza większość swoich obserwacji.

Czarne dziura napędzająca kwazar, stwierdzają astronomowie, jest 1,4 miliarda razy bardziej masywna niż Słońce, zgodnie z wcześniejszymi szacunkami. Nowością jest odkrycie galaktyki gospodarza, której gwiazdy łącznie mają 2,6 miliarda mas słonecznych. Jest to niewielkie w porównaniu z Drogą Mleczną, której masa gwiazd wynosi około 60 miliardów mas słonecznych. Jednak w czasie, kiedy widzimy kwazar, około 750 milionów lat po Wielkim Wybuchu, wszystkie galaktyki były młode, a nawet większość z największych galaktyk miała mniej gwiazd niż współczesne giganty, takie jak nasza własna.

To, co naprawdę rzuca się w oczy, to względna masa czarnej dziury: stanowi ona 54 procent masy gwiazd w swojej galaktyce, podczas gdy w centralnych czarnych dziurach w nowoczesnych gigantycznych galaktykach jest to zaledwie około 0,1 procenta. "To oznacza, że ewolucja równoczesna czarnych dziur i ich gospodarzy we wczesnym wszechświecie musi być bardzo różna" - mówi Yue.

Astronom z Uniwersytetu Harvarda, Avi Loeb, zgadza się. Uważa, że promieniowanie kwazara powstrzymało formowanie się gwiazd w galaktyce gospodarza poprzez podgrzewanie jej gazu (SN: 8/16/24). Aby zapadał się i tworzyć gwiazdy, międzygwiazdowy gaz musi być zimny; w innym przypadku nacisk termiczny zapobiega składowaniu gazu w nowe gwiazdy. "Gdybym miał zgadywać" - mówi - "gaz nie jest wystarczająco zimny, aby powstało wiele gwiazd."

Kwazar zgaśnie w przyszłości, dodaje Loeb. Wtedy gaz w otaczającej galaktyce może się ochłodzić i tworzyć gwiazdy, zwiększając masę swoich gwiazd. Gdybyśmy mogli zobaczyć galaktykę taką, jaką jest dzisiaj, masa jej czarnej dziury w stosunku do masy jej gwiazd może bardzo dobrze być zgodna z masą gigantycznych galaktyk w naszym sąsiedztwie.

Niestety, mówi Yue, nowa praca nie rozwiązuje tajemnicy tego, jak te ogromne czarne dziury stały się tak duże tak szybko po Wielkim Wybuchu (SN: 1/18/21). Jednakże obserwacje pokazują zderzenie innej galaktyki z tą, która gospodaruje kwazar. Zderzenie prawdopodobnie powoduje wyciek gazu do czarnej dziury, zwiększając jej już znaczną masę i rozjaśniając kwazar tak, że astrononom można go zobaczyć na tak wielkiej odległości.