Observationer indsamlet ved hjælp af James Webb-rumteleskopet har afsløret et aktivt supermassivt sort hul, hvis masse er 9 millioner gange Solens masse, og som aktivt vokser og absorberer stof fra rummet omkring det. 570 millioner år efter Big Bang er det det første supermassive sorte hul, der vokser, selvom forskerne håber, at det ikke holder rekorden længe.
Et sort hul blev fundet inde i en af de tidligste galakser nogensinde opdaget, tidligere kendt som EGSY8p7, og siden omdøbt til CEERS 1019. Dens opdagelse kunne hjælpe med at løse et af de største mysterier i det tidlige univers: hvordan de sorte huller i Cosmic Dawn voksede til så store størrelser på så kort en periode.
En artikel, der beskriver opdagelsen, ledet af astrofysiker Rebecca Larson fra University of Texas i Austin, vises i et særligt nummer af The Astrophysical Journal. "Vi fandt den fjerneste aktive galaktiske kerne (AGN) og det ældste sorte hul, vi nogensinde har fundet," sagde Larson til ScienceAlert. Larson observerede oprindeligt CEERS 1019 som en del af hendes arbejde med at studere lyset produceret af stjernedannelse i det meget tidlige univers.
Dette lys, kaldet Lyman alpha-stråling, menes at blive genereret ved ionisering af neutralt brint under stjernedannelse. Det tidlige univers var fyldt med en tåge af neutral brint, der forhindrede udbredelsen af lys, først efter at denne brint var ioniseret, kunne lyset udbrede sig frit.
Denne reioniseringsæra er som bekendt ikke blevet fuldt ud undersøgt. Vi ved, at det skete i den første milliard år efter Big Bang for 13,8 milliarder år siden, men det er meget svært at se så langt ind i det tidlige univers. CEERS 1019 og flere andre ultra-tidlige galakser er fremragende objekter til denne undersøgelse, fordi de er relativt lyse. Galaksen blev identificeret i Hubble-data i 2015, og på det tidspunkt var det den tidligste og fjerneste galakse, der blev observeret.
Yderligere observationer bekræftede dets eksistens, men mere detaljerede oplysninger forblev uhåndgribelige: det tidligste lys i universet, på grund af universets udvidelse, er flyttet så langt ind i den infrarøde del af spektret, at der er brug for et kraftfuldt specielt infrarødt instrument såsom JWST at studere det.
Så da JWST dukkede op, blev CEERS 1019 – den lyseste af Hubble-galakserne i denne æra – et oplagt mål. Teleskopet så kun på galaksen i en time med alle fire instrumenter, men leverede et væld af data.
Så lagde Larson mærke til noget, hun ikke helt havde forventet. Ud over den lyse stjernedannelse var der en bred emissionsfunktion, der normalt forbindes med AGN. Da hun fortalte nogle af AGN-forskerne om det, blev tingene interessante. Typisk udsender en galakse i det tidlige univers enten lys fra en supernova eller lys fra stjernedannelse. At se begge i den samme galakse var ekstremt uventet.
”Vi argumenterede i ugevis for, at det skulle være, at det skulle være det ene eller det andet. Og det viser sig, at det er begge dele. Der er en vis indflydelse fra det sorte hul på de emissionslinjer, vi ser, men det meste af det lys, vi ser på vores billeder, er stadig domineret af den stjernedannende del af galaksen." At et supermassivt sort hul eksisterede for mere end 13,2 milliarder år siden og er blevet ved med at vokse, er ikke så overraskende, som man måske skulle tro.
Meget større sorte huller er blevet opdaget i det tidlige univers, J1342+0928, en kvasi-galakse opdaget 690 millioner år efter Big Bang, har et supermassivt sort hul på størrelse med 800 millioner sole. Det sorte hul i J0313-1806, opdaget 670 millioner år efter Big Bang, har en størrelse på 1,6 milliarder sole.
Begge disse kvasarer er domineret af AGN-emission. Ifølge Larson og hendes kolleger er CEERS 1019 et mellemstadie: punktet mellem senere, større, AGN-dominerede galakser, og hvordan disse galakser og deres sorte huller begyndte at dannes i første omgang. Når man ser på det supermassive sorte hul i CEERS 1019, mener forskere, at objektet er dannet ved kollapset af et massivt objekt, såsom en af de tidligste stjerner i universet. Disse stjerner var meget, meget større end de stjerner, vi ser omkring os i dag, så et sort hul fra sådan et sammenbrud ville have et forspring på vejen til supermassivitet.
Som Larson påpeger, blev resultaterne opnået på kun en times observation. Virkelig dybe observationer forventes at afsløre fjernere og endnu svagere galakser, som endelig vil hjælpe os med at forstå, hvordan universet blev født, og hvordan det voksede.
Læs også:
- Astronomer har været vidne til den energiske aktivering af et sort hul
- Det supermassive sorte hul Sagittarius A* vågnede op for 200 år siden