Vesmírná lupa odhalila spícího obra z mladého vesmíru

Hvězdná dynamika: vážení neviditelného

Díky zvětšenému pohledu z gravitační čočky se tým zaměřil na přístroj NIRSpec Integral Field Spectrograph dalekohledu JWST. Tento přístroj zachytil spektrum pro každý pixel na snímku, což vědcům umožnilo zmapovat rychlosti hvězd v různých vzdálenostech od středu galaxie. Tato technika se nazývá hvězdná dynamika – jedná se o stejnou metodu, jakou byla zvážena centrální černá díra v Mléčné dráze, což je objev, který v roce 2020 získal Nobelovu cenu za fyziku .

Hvězdy blíže k supermasivní černé díře obíhají rychleji. Modelováním změn rychlostí hvězd v závislosti na vzdálenosti od středu pomocí jednoduchých Keplerových zákonů mohl tým identifikovat „sféru vlivu“ černé díry – oblast, kde její gravitace dominuje nad pohybem hvězd. To umožnilo přímé změření její hmotnosti. Před touto studií bylo nejvzdálenější přímé měření pomocí hvězdné dynamiky provedeno pro černou díru vzdálenou jen asi 700 milionů světelných let. MRG-M0138 tento rekord překonává více než desetinásobně .

Co objevili: Obr, který uhasil svou galaxii

Měření potvrdilo černou díru o hmotnosti přibližně 6 miliard Sluncí . Její hostitelská galaxie, MRG-M0138, je masivní, rudá eliptická galaxie, která již dávno přestala tvořit nové hvězdy. Centrální černá díra je spící, což znamená, že v současnosti nepřitahuje a nezahřívá velké množství plynu .

Zjištění naznačují bouřlivou minulost. Galaxie MRG-M0138 byla pravděpodobně kdysi zářivým kvasarem, poháněným plynem, který se spirálovitě řítil do rostoucí černé díry. Obrovské množství energie uvolněné během této aktivní fáze mohlo zahřát nebo dokonce vytlačit právě ten plyn, který je nezbytný pro tvorbu hvězd, a tím účinně zastavit hvězdné továrny v galaxii. Dnešní „mrtvý“, klidný stav galaxie a spící stav černé díry spolu tedy pravděpodobně souvisejí; černá díra narostla tak velká a mocná, že „uhasila“ svého vlastního hostitele .

Výzva pro modely společného vývoje

Tento objev zasahuje jádro našich představ o tom, jak galaxie a černé díry rostou společně. V místním vesmíru existuje těsná korelace mezi hmotností centrální černé díry a vlastnostmi centrální výdutě její hostitelské galaxie, což naznačuje, že se vyvíjejí ve vzájemné shodě. Toto měření poskytuje přímý důkaz, že tento vztah neplatil vždy a že černé díry mohou vznikat a růst do obřích rozměrů dříve, než jejich hostitelské galaxie dokončí shromažďování svých hvězd.

Údaje ukazují, že některé z nejhustších oblastí v raném vesmíru byly místy extrémně rychlého růstu černých děr, který předběhl vývoj okolní galaxie . Měření galaxie MRG-M0138 zpochybňuje jednoduché modely společného vývoje, kde je růst černé díry a galaxie vždy pevně svázán. Budoucí průzkumy s pomocí JWST, dalekohledu Euclid, Vesmírného dalekohledu Nancy Grace Romanové a připravovaných pozemních observatoří nové generace, jako je Giant Magellan Telescope, mají za cíl aplikovat tuto techniku kombinující gravitační čočku a hvězdnou dynamiku na mnoho dalších galaxií a vytvořit tak statistický obraz společného vývoje černých děr a galaxií napříč kosmickým časem .