Astronomowie korzystający z teleskopów kosmicznych Hubble’a i Chandra odkryli potencjalne dowody na wędrujące czarne dziury w małych galaktykach karłowatych. Odkrycia te mogą dostarczyć wskazówek na temat tego, jak supermasywne czarne dziury rosły tak szybko we wczesnym Wszechświecie, co od dawna pozostaje tajemnicą kosmologii. Badanie sugeruje, że niektóre czarne dziury nie osiadają w centrach galaktyk, ale dryfują przez nie niczym kosmiczni nomadzi.
Tajemnica wczesnych supermasywnych czarnych dziur
Supermasywne czarne dziury – miliony lub miliardy razy masywniejsze od naszego Słońca – obecnie wiadomo, że istnieją w jądrach większości dużych galaktyk. Jednak Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) pokazuje, że niektóre z nich istniały szokująco na początku historii wszechświata, niecałe miliard lat po Wielkim Wybuchu. Podważa to obecne teorie, które sugerują, że powstawanie tych gigantów w wyniku fuzji i akrecji zajęłoby ponad miliard lat.
Jednym z wyjaśnień jest istnienie wczesnych „nasion” czarnych dziur. Te mniejsze czarne dziury mogą przyspieszyć proces wzrostu, ale pozostają nieuchwytne dla bezpośrednich obserwacji. Galaktyki karłowate stanowią wyjątkowe stanowisko testowe dla tej koncepcji, ponieważ mają prostszą i mniej chaotyczną historię niż większe galaktyki. Ich względny spokój oznacza, że mogą zachować „skamieniałe ślady” tych wczesnych nasion czarnej dziury.
Dlaczego galaktyki karłowate są ważne
Galaktyki karłowate, których masa jest miliardy razy większa od masy Słońca, idealnie nadają się do badania powstawania czarnych dziur. W przeciwieństwie do masywnych galaktyk, gdzie fuzje i intensywna aktywność przesłaniają pochodzenie czarnych dziur, galaktyki karłowate oferują wyraźniejszy obraz. Naukowcy spekulują, że w tych mniejszych układach czarne dziury mogą tworzyć się poza centrum galaktyki i tam pozostać, nigdy nie wędrując spiralnie do wewnątrz.
Modele przewidują, że nawet połowa czarnych dziur w galaktykach karłowatych może wędrować. Oznacza to, że obecne badania skupiające się na centrach galaktyk mogą nie uwzględniać znacznej populacji masywnych czarnych dziur.
Odróżnianie fałszywych czarnych dziur od innych sygnałów
Identyfikacja tych wędrujących czarnych dziur jest trudna. Należy je odróżnić od innych jasnych źródeł, takich jak obszary formowania się gwiazd (obszary intensywnego powstawania gwiazd) i eksplozje supernowych. Zespół przeanalizował 12 galaktyk karłowatych wykrytych wcześniej w falach radiowych, identyfikując osiem z znajdującymi się poza centrum aktywnymi jądrami galaktycznymi (AGN). Te AGN wskazują na obecność wędrujących czarnych dziur.
Problemem jest potwierdzenie tych sygnałów. Ciemniejsze niż ich większe odpowiedniki, AGN w galaktykach karłowatych są trudne do wykrycia w zakresie fal optycznych i rentgenowskich. Jeden z kandydatów (ID 64) okazał się odległą AGN przypadkowo ustawioną w linii z galaktyką karłowatą, co uwydatniło trudność w testowaniu.
Kolejne kroki: Rola JWST
Zespół wykorzystał Hubble’a i Chandrę do potwierdzenia jednego AGN poza centrum, ale siedem pozostaje niepotwierdzonych. Następnym krokiem mogłoby być wykorzystanie Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST), który mógłby z większą precyzją lokalizować źródła radiowe. Może ujawnić, czy sygnały pochodzą z wędrujących czarnych dziur w gromadach gwiazd, czy z odległych galaktyk nakładających się na niebo.
„Określenie pochodzenia pozajądrowych źródeł radiowych może być możliwe dzięki niezwykłym możliwościom JWST” – powiedziała Megan R. Sturm, liderka zespołu.
Poszukiwanie wędrujących czarnych dziur w galaktykach karłowatych to obiecujący kierunek zrozumienia wczesnego Wszechświata i pochodzenia supermasywnych czarnych dziur. Jeśli te odkrycia się potwierdzą, zmienią nasze rozumienie powstawania i ewolucji czarnych dziur.
