A kutatók az eddigi legtávolabbi aktív szupermasszív fekete lyukat fedezték fel a James Webb űrtávcső segítségével. A CEERS 1019 nevű galaxis alig több mint 570 millió évvel az ősrobbanás után keletkezhetett, és a középpontjában lévő fekete lyuk kisebb tömegű, mint bármely más, a korai világegyetemben eddig azonosítotté.

Ezen kívül további két fekete lyukat is észleltek, amelyek szintén a kisebbek közé tartoznak, ezek 1, illetve 1,1 milliárd évvel az ősrobbanás után keletkeztek. A Webb emellett tizenegy olyan galaxist is azonosított, amelyek akkor léteztek, amikor a világegyetem csupán 470-675 millió éves volt.

A CEERS felmérés

A bizonyítékokat a Webb által végzett Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS) felmérés adatai szolgáltatták, melyet Steven Finkelstein, az austini Texasi Egyetem munkatársa vezetett. A program egyesíti a Webb rendkívül részletes közeli és közép-infravörös tartományban készített felvételeit és a spektrumként ismert adatokat, amelyeket mind felhasználtak az új felfedezésekhez.

A CEERS 1019

A CEERS 1019 nemcsak arról nevezetes, hogy milyen régen létezett, hanem arról is, hogy a közepén lévő fekete lyuk tömege viszonylag kicsi. Ez az objektum körülbelül 9 millió naptömegű, ami jóval kevesebb, mint más, a korai világegyetemben létező, más távcsövekkel észlelt fekete lyukaké.  Többségük jellemzően a Nap tömegének több mint egymilliárdszorosa, és könnyebb őket észlelni, mert sokkal fényesebbek (ezt úgy kell érteni, hogy az anyag, amiket magukba szippantanak sokkal fényesebb, ahogy a fekete lyuk felé áramlik. A CEERS 1019-ben lévő fekete lyuk inkább a Tejútrendszerünk középpontjában lévő fekete lyukhoz hasonlít, amely a Nap tömegének 4,6-milliószorosa. Ez a fekete lyuk sem olyan fényes, mint a korábban észlelt nagyobb tömegű társaik.

Bár kisebb, ez a fekete lyuk olyan korán létezett, hogy még mindig nehéz magyarázatot találni arra, hogyan keletkezett ilyen hamar az ősrobbanás után. A kutatók már régóta tudták, hogy kisebb fekete lyukaknak korábban is létezniük kellett az univerzumban, de csak a Webb megfigyelései után tudtak kézzelfogható bizonyítékot találni erre. A CEERS 1019 csak néhány hétig tarthatja ezt a rekordot, ugyanis a csillagászati közösség jelenleg is vizsgál a Webb által azonosított más, távolabbi fekete lyukakra vonatkozó adatokat.

Az űrtávcső adatai ugyanis szó szerint hemzsegnek a pontos adatoktól, ami miatt ezek a távoli észlelések olyanok, mintha a sajátunkhoz közeli galaxisokban lévő fekete lyukak adatait vizsgálnák a tudósok. A csapat nem csak azt tudta elkülöníteni, hogy mely adatok származnak a fekete lyukból és melyek annak galaxisából, hanem azt is meg tudták állapítani, hogy mennyi gázt nyel el a fekete lyuk, és meg tudták határozni a galaxisban történő csillagkeletkezés mértékét. Ez alapján a kutatócsoport úgy véli, hogy a galaxis annyi gázt nyel el, amennyit csak tud, eközben viszont új csillagokat is termel. Az adatok segítségével feltárták ennek miértjét: a CEERS 1019 vizuálisan három fényes csomónak tűnik, nem pedig egyetlen kör alakú korongnak. Részben egy galaxis összeolvadás lehet a felelős a fekete lyuk aktivitásáért, ami a korábbi ismereteink alapján eredményezhet fokozott csillagkeletkezést.

Újabb rendkívüli felfedezések kapujában

A CEERS felmérés rendkívül összetett, és még sok felfedeznivalót tartogat. Ahogy a cikk elején is említettük, a Webb egy kis fekete lyukpárt is megfigyelt. Az elsőt a CEERS 2782 galaxisban rendkívül könnyű volt kiszúrni, ugyanis nem takarta por az űrtávcső látóterét, így a kutatók azonnal meg tudták határozni, hogy a fekete lyuk mindössze 1,1 milliárd évvel az ősrobbanás után keletkezett.

A második fekete lyuk, a CEERS 746 galaxisban, valamivel korábban, 1 milliárd évvel az ősrobbanás után keletkezett. Fényes akkréciós korongja (a szupermasszív fekete lyukat körülvevő, gázból és porból álló gyűrű) még mindig részben porral borított, ami arra utal, hogy egy olyan galaxisban lehet, amelyben aktív csillagkeletkezés zajlik.

A CEERS 1019-ben lévőhöz hasonlóan ez a két fekete lyuk is „könnyűsúlyú” – legalábbis a korábban ismert szupermasszív fekete lyukakhoz képest, amelyek ilyen távolságban vannak. Tömegük csak körülbelül 10 milliószorosa a Nap tömegének. A Webb előtt mindhárom fekete lyuk túl halvány volt ahhoz, hogy észlelni lehessen.

A Webb érzékeny színképei lehetővé tették a kutatók számára azt is, hogy a korai világegyetemben lévő galaxisok pontos távolságát és így korát is megmérjék. A kutatócsoport tagjai 11 olyan galaxist azonosítottak, amelyek 470-675 millió évvel az ősrobbanás után keletkeztek. Figyelemre méltó, hogy ennyi fényes galaxist észleltek, a kutatók elmélete szerint a Webb arányaiban több ilyen galaxist fog felfedezni ebben a távolságban, mint összességében.

Ezekben a galaxisokban gyorsan képződnek csillagok, de kémiailag még nem olyan gazdagok, mint az otthonukhoz sokkal közelebbi galaxisok. Ezek még csak az első úttörő eredmények a CEERS felmérésből. A tudósok a Webb segítségével nem csak láthatják az extrém távolságokban lévő fekete lyukakat és galaxisokat, hanem pontosan meg is tudják mérni őket. A jövőben lehetséges, hogy a Webb adatait arra is fel tudják használni, hogy megmagyarázzák, hogyan alakultak ki a korai fekete lyukak, és ezzel felülvizsgálják a kutatók eddigi modelljeit arról, hogyan nőttek és fejlődtek a fekete lyukak az univerzum történetének első néhány százmillió évében.