Ovo je novi članak sa sajta NASA-inog Rendgenskog opservatorija Chandre.

Bilo je nekako za očekivati da će biti nađeni dokazi za suprotno, za to da su supermasivne crne jame postale takvima jer su se brzo spajale brzonastale stelarne crne jame. Kad tamo, evo (još uvijek prilično posrednih) dokaza da je u ranom svemiru zbilja moglo dolaziti do kolapsa ogromnih oblaka plina (bez prašine, koje tada još nije bilo!) i neposrednog nastanka prilično masivnih crnih jama u njima.

Nego, kaže se u komentaru zanimljive dodatne ilustracije da bi zračenje iz već formirane, nedaleke galaktike onemogućilo nastanak zvijezda u susjednom oblaku plina. To je jasno: da bi zvijezde nastale, sirovine za njihovu proizvodnju - vodik i helij - moraju biti ohlađene i u obliku neutralnih atoma. Zračenje bi ih neprestano zagrijavalo i ioniziralo. Taj se plin stoga ne bi mogao kondenzirati u protozvijezde. Sada se može postaviti pitanje kako se on onda mogao urušiti u crnu jamu. Zar se nije intenzivno opirao zbijanju? Vjerojatno to nisu dva jednaka procesa, ali tu razliku je u tekstu možda trebalo malo pojasniti.

Nekako mi se čini da bi sličan scenarij mogao imati i drukčiji kraj: umjesto nastanka supermasivne crne jame, tako je možda mogla odmah nastati i prilično masivna galaktika. Drugim riječima, ovo bi mogao biti dokaz i za to da hijerarhijski rast međusobnim stapanjem praiskonskih patuljastih galaktika možda i nije bio jedini mehanizam koji je današnje galaktike učinio tolikima kolike one jesu.

Prva slika, ona s umecima gore lijevo, opisana je u tekstu. Druga uspoređuje Chandrinu i Webbovu komponentu te prve slike. Dodatna ilustracija je opisana na dnu članka.

UHZ1: NASA-ini teleskopi otkrivaju rekordnu crnu jamu

Koristeći NASA-ine teleskope, astronomi su otkrili najudaljeniju crnu jamu ikada viđenu u rendgenskim zrakama. Ta se crna jama nalazi u ranoj fazi svoga rasta, u kojoj neki takav objekt nikad dosad nije bio promatran. Njena masa je sada slična onoj u njene matične galaktike. Ovo otkriće bi moglo protumačiti kako su nastajale neke od prvih supermasivnih crnih jama u svemiru.

Udruživši podatke dobivene NASA-inim Rendgenskim opservatorijem Chandrom i Svemirskim teleskopom James Webb, istraživači su bili u mogućnosti identificirati znake tipične za crnu jamu koja raste, na samo 470 milijuna godina nakon velikog praska.

"Kako bismo pronašli tu izuzetno daleku galaktiku, bio nam je potreban Webb, a da bismo uočili njenu supermasivnu crnu jamu, trebao nam je Chandra", kaže Ákos Bogdán, iz Centra za astrofiziku | Harvard & Smithsonian (CfA), prvi autor novog znanstvenog rada o ovom istraživanju, koji je objavljen u listu Priroda Astronomija. "Iskoristili smo i pomoć jednog kozmičkog povećala, koje je za naše instrumente povećalo količinu svjetla iz dalekog izvora." Za to pojačanje svjetla je zaslužna gravitacijska leća.

Bogdán i njegov tim su pronašli spomenutu crnu jamu u galaktici zvanoj UHZ1, u smjeru galaktičkog jata Abell 2744. To je jato od nas udaljeno 3,5 milijarde svjetlosnih godina. Međutim, Webbovi podaci su pokazali da je ta galaktika puno udaljenija od galaktičkog jata: ona se nalazi na 13,2 milijarde svjetlosnih godina od nas i mi je vidimo u vrijeme kada je svemir bio star tek 3 posto svoje sadašnje dobi.

Nakon dva tjedna opserviranja, Chandra je uočio snažnu emisiju rendgenskih zraka iz usijanog plina unutar UHZ1. (Eksponiranje je trajalo ukupno 14 dana 10 sati i 27 minuta. Prim. prev.) Takva emisija odaje prisutnost supermasivne crne jame koja ubrzano raste. Tvar u Abellu 2744 je svojom gravitacijom za približno četiri puta pojačala svjetlo iz pozadinske galaktike i rendgenske zrake iz plina oko njene supermasivne crne jame. Time je bio pojačan infracrveni signal kojega je detektirao Webb, te je Chandri bilo omogućeno da uoči blijedi rendgenski izvor.

Ovo je otkriće važno za naše nastojanje da shvatimo na koji su način neke supermasivne crne jame već kratko vrijeme nakon velikog praska uspjele zadobiti enormne mase. Jesu li one nastale tako da su se odjednom urušili masivni oblaci plina, pri čemu su mogle nastati crne jame teške kao od 10 tisuća do 100 tisuća Sunaca? Ili su se one oblikovale od malih crnih jama s masama od 10 do 100 Sunaca, koje su nastajale u eksplozijama prvih zvijezda?

"Postoje neka fizička ograničenja brzine rasta crnih jama nakon što se one već oblikuju, ali one koje su se rodile masivnije imaju prednost već u startu. To je pomalo nalik sadnji već izniklih sadnica: trebat će manje vremena da se od njih razvije veliko stablo, nego da smo počeli od samog sjemena", kaže Andy Goulding, iz Sveučilišta Princeton. (To je nespretna usporedba. Sadnja već izniklih sadnica ne ubrzava rast, već povećava vjerojatnost da će se od određene sjemenke razviti stablo. Prim. prev.) Goulding je koautor spomenutog znanstvenog rada, ali i prvi autor jednog drugog novog rada, koji je objavljen u Pismima Astrofizikalnog dnevnika, a u kojemu je podnesen izvještaj o udaljenosti i masi galaktike UHZ1, proračunatima na temelju spektara dobivenih Webbom.

Bogdánov tim je pronašao uvjerljive znanstvene dokaze da je ta novootkrivena crna jama rođena masivna. Na temelju sjaja i energije rendgenskih zraka, njena je masa procijenjena na između 10 milijuna i 100 milijuna Sunčevih masa. Taj raspon masa je sličan masi svih zvijezda u galaktici u kojoj crna jama obitava, što se jako razlikuje od odnosa masa crnih jama u središtima obližnjih galaktika i masa tih galaktika. U nama bliskom svemiru, naime, supermasivne crne jame imaju obično tek oko jedan promil mase svojih matičnih galaktika.

Velika masa tako mlade crne jame, količina rendgenskog zračenja kojega ona proizvodi i sjaj galaktike uočen Webbom - sve je to u skladu s teorijskim predviđanjima o "prevelikoj crnoj jami" (engl. "outsize black hole") koja je 2017. g. u jednom znanstvenom radu iznijela Priyamvada Natarajan, iz Sveučilišta Yale. Natarajan je koautorica i spomenutih novih znanstvenih radova. "Prevelika crna jama" bi nastala urušavanjem jednog orijaškog oblaka plina.

"Smatramo da je ovo prva detekcija jedne 'prevelike crne jame' i dosad najbolji dokaz da je dio crnih jama nastao od masivnih oblaka plina", kaže Natarajan. "Sada po prvi put vidimo tu kratku razvojnu fazu u kojoj jedna supermasivna crna jama teži približno jednako onoliko koliko i zvijezde u njenoj galaktici, prije negoli počne za njima zaostajati."

Istraživači namjeravaju iskoristiti ove i druge podatke koji u izobilju stižu od Webba i drugih teleskopa, kako bi njima dopunili opću predodžbu koju imamo o ranom svemiru.

NASA-in Svemirski teleskop Hubble je ranije bio pokazao da je svjetlo iz dalekih galaktika pojačano djelovanjem tvari u galaktičkim jatima koja se nalaze između nas i njih. To je bio dio motivacije koja stoji iza ovih Webbovih i Chandrinih opservacija.

Znanstveni rad u kojemu je opisano istraživanje Bogdánovog tima je objavljen u Prirodi, a dostupan je i na Internetu.

Grimizni dijelovi slike pokazuju gdje se u Abellu 2744 nalaze ogromne količine vrućeg plina koji odašilje rendgenske zrake. Infracrvena slika prikazuje stotine galaktika u tome jatu, zajedno s nekoliko zvijezda u prednjem planu. U umecima je povećan djelić neba kojemu se u središtu nalazi UHZ1. Taj mali objekt na Webbovoj slici (JWST) je daleka galaktika UHZ1, a dok se u središtu Chandrine slike nalazi materijal u blizini supermasivne crne jame u središtu UHZ1, zagrijan do te mjere da odašilje rendgenske zrake. Rendgenski izvor je tu osjetno veći od veličine galaktike na Webbovoj infracrvenoj slici, ali tako je samo stoga što Chandra ni ne može razaznati pravu veličinu izvora. Rendgenski izvor zapravo stiže iz područja puno manjeg od galaktike.

Na Chandrinu sliku koja pokriva cijelo vidno polje i na detalj u umetku su primijenjene različite tehnike obrade ("smoothing"). Velika slika je tako "zaglađena" da se na njoj ističe blijeda emisija plina u galaktičkom jatu, pri čemu su izgubljeni slabašni točkasti izvori rendgenskih zraka poput onoga u UHZ1. Na detalj u umetku lijevo je primijenjeno puno manje toga "zaglađivanja", pa su točkasti rendgenski izvori vidljivi. Slika je tako orijentirana da je na njoj sjever u smjeru 42,5° desno od okomice.

Dodatna ilustracija tumači kako se neka velika crna jama mogla oblikovati neposrednim urušavanjem jednog masivnog oblaka plina, samo nekoliko stotina milijuna godina nakon velikog praska. Slika 1 prikazuje kako se takav masivni oblak plina i jedna galaktika približavaju jedno drugom. Ako je proces oblikovanja zvijezda u oblaku plina, koji bi rezultirao nastankom još jedne galaktike, onemogućen zračenjem iz galaktike koja mu se približava, plin umjesto toga može biti prisiljen na urušavanje, zbijanje prvo u disk, a onda i u crnu jamu. Slike 2 i 3 prikazuju početak urušavanja plina u središtu oblaka. U središtu diska se oblikuje mala crna jama, što je prikazano na slici 4. Na slici 5 se vidi kako ta crna jama i disk oko nje nastavljaju rasti. Ta "sjemenska" crna jama i njen disk se nakon toga stope s galaktikom koja je prikazana na slici 1. Neko vrijeme je ta crna jama neobično masivna u odnosu na sve zvijezde u galaktici, što je čini "prevelikom crnom jamom". Nju vidimo na slici 6. Zvijezde i plin iz galaktike nastavljaju biti privlačeni u crnu jamu, zbog čega ona i njen disk nastavljaju rasti.

X-ray: NASA/CXC/SAO/Ákos Bogdán; Infrared: NASA/ESA/CSA/STScI; Image Processing: NASA/CXC/SAO/L. Frattare & K. Arcand; NASA/STScI/Leah Hustak

https://chandra.harvard.edu/photo/2023/uhz1/ 

Veće ilustracije pogledajte ovde

Preuzeto sa FB