Telescopul James Webb a detectat cea mai veche pereche de găuri negre supermasive

Astronomii care folosesc Telescopul Spațial James Webb (JWST) au identificat o pereche de găuri negre supermasive aflate la doar aproximativ 4.900 de ani-lumină una de cealaltă, într-o galaxie aflată în proces de fuziune, relatează Live Science.

Sistemul, denumit LID-1166, este observat într-o perioadă în care Universul avea aproximativ 1,3 miliarde de ani, oferind cercetătorilor o perspectivă rară asupra modului în care au crescut găurile negre supermasive în primele etape ale cosmosului.

Descoperirea este prezentată într-un studiu acceptat pentru publicare în revista Nature Astronomy, care la momentul relatării era disponibil în arhiva arXiv și nu fusese încă supus evaluării inter pares.

Sistemele formate din două găuri negre sunt considerate relativ comune în Universul timpuriu.

Galaxiile mari se formează, în parte, prin fuziuni cu alte galaxii, iar multe dintre acestea găzduiesc în centrul lor găuri negre supermasive.

Atunci când două galaxii se apropie și fuzionează, găurile negre din centrele lor pot ajunge să formeze un sistem binar.

Observarea unor astfel de sisteme este însă extrem de dificilă. În Universul timpuriu, ele sunt adesea înconjurate de cantități mari de gaz și praf, iar distanța mică dintre cele două găuri negre face dificilă separarea lor în observațiile astronomice.

În cazul LID-1166, cele două obiecte sunt despărțite de aproximativ 4.900 de ani-lumină, adică 1,5 kiloparseci.

Cercetătorii consideră că este cel mai apropiat sistem de găuri negre duale confirmat până acum pentru o perioadă atât de timpurie din istoria Universului.

„Ceea ce face ca această descoperire să fie specială este faptul că este posibil să vedem aceste două găuri negre crescând și interacționând într-un sistem care se află la doar aproximativ 1,3 miliarde de ani după Big Bang”, a declarat Anna Trindade Falcao, astrofizician la Centrul de Zbor Spațial Goddard al NASA, care nu a participat la studiu.

JWST a reușit să distingă cele două surse

LID-1166 fusese identificat inițial ca sursă de raze X în cadrul Chandra COSMOS Legacy Survey.

În schimb, sistemul nu putea fi observat în imaginile realizate de Telescopul Spațial Hubble, chiar și în cazul celor mai profunde observații.

Emisiile puternice de raze X indicau că în centrul sistemului se desfășoară un proces intens de acumulare a materiei.

Pentru a afla originea acestui semnal, echipa condusă de Hyewon Suh, astronom la Observatorul Internațional Gemini/NSF NOIRLab, a folosit instrumentul NIRSpec de pe JWST.

Observațiile au scos la iveală două surse compacte și luminoase, aflate la distanța de aproximativ 4.900 de ani-lumină una de cealaltă.

Cercetătorii au folosit și date furnizate de rețeaua de radiotelescoape Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) din Chile.

„Acest pas al descoperirii a putut avea loc doar datorită capacităților excepționale de imagistică și spectroscopice ale JWST și, în special, ale instrumentului său NIRSpec”, a explicat Roberto Decarli, astronom la Institutul Național Italian de Astrofizică din Bologna și coautor al studiului.

Potrivit acestuia, realizarea unor observații similare de la sol ar fi extrem de dificilă din cauza atmosferei terestre.

Ambele găuri negre se alimentează activ

Cele două obiecte prezintă semnături spectrale caracteristice gazului care se deplasează cu viteze foarte mari.

Aceste indicii arată că ambele găuri negre sunt active și acumulează materie din mediul înconjurător.

Astfel de obiecte sunt cunoscute drept nuclee galactice active (AGN).

Pentru a verifica dacă cea de-a doua sursă reprezintă într-adevăr o a doua gaură neagră, cercetătorii au folosit mai multe metode pentru a elimina lumina provenită de la galaxia principală. Semnalul asociat celui de-al doilea obiect a rămas prezent în toate analizele.

Trindade Falcao consideră că acest rezultat reprezintă o dovadă importantă, dar a precizat că observațiile ar trebui analizate în continuare pentru a exclude definitiv posibilitatea ca una dintre surse să fie un alt obiect sau un fenomen astronomic care imită semnalul unei a doua găuri negre.

Datele ALMA au oferit însă indicii suplimentare. Astronomii au identificat cantități importante de gaz rece asociate cu fiecare dintre cele două nuclee active.

Potrivit lui Decarli, acest lucru indică faptul că cele două găuri negre se află în centrul a două galaxii care sunt pe punctul de a fuziona.

Descoperirea ar putea explica evoluția rapidă a găurilor negre

Sistemul LID-1166 ar putea oferi indicii importante despre una dintre marile întrebări ale astronomiei: cum au reușit unele găuri negre supermasive să ajungă la dimensiuni uriașe într-un interval atât de scurt după Big Bang.

Una dintre explicațiile analizate de cercetători presupune că gazul din galaxii este atras către regiunile centrale și alimentează găurile negre. Fuziunile dintre galaxii ar putea accelera acest proces, deoarece perturbă distribuția gazului și îl pot direcționa către centrele galactice.

„Canibalizarea altor galaxii face parte din acest proces. Dar ce se întâmplă dacă aceste galaxii găzduiesc și o gaură neagră masivă în centrul lor?”, a explicat Decarli.

Studierea unor sisteme precum LID-1166 ar putea ajuta astfel la înțelegerea modului în care galaxiile și găurile lor negre au crescut împreună în Universul timpuriu.

Descoperirea nu contrazice teoriile existente potrivit cărora fuziunile dintre galaxiile timpurii au adus găurile lor negre supermasive tot mai aproape. Ceea ce oferă însă JWST este posibilitatea de a observa direct această etapă a evoluției cosmice, într-o perioadă în care astfel de sisteme erau mult mai frecvente.