JWST odhalil nejtěsnější pár supermasivních černých děr v raném vesmíru

Vesmírný dalekohled Jamese Webba (JWST) přinesl průlomový objev: nejtěsnější potvrzený pár aktivně se krmících supermasivních černých děr v raném vesmíru. Systém nese označení LID-1166 a jeho dvě černé díry jsou od sebe vzdáleny jen 4 900 světelných let (1,5 kiloparseku) . To z nich činí vůbec nejtěsnější dvojici aktivních černých děr v tak rané fázi kosmické historie, jaká byla dosud potvrzena .

Systém je pozorován v době, kdy byl vesmír starý pouhých 1,3 miliardy let, tedy přibližně 10 % jeho současného stáří .

Proč ho dřívější teleskopy neviděly?

LID-1166 byl původně identifikován jako rentgenový zdroj v rámci přehlídky Chandra COSMOS Legacy Survey. Přesto zůstal zcela neviditelný i na nejhlubších snímcích z Hubbleova vesmírného dalekohledu . Důvod? Obě černé díry jsou pohřbeny v hustém plynu a prachu, který blokuje viditelné a blízké infračervené světlo .

Jak JWST objev potvrdil?

Tým vedený Hyewon Suh z NSF NOIRLab použil přístroj NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) na palubě JWST. NIRSpec odhalil dva kompaktní zářící zdroje, každý s charakteristickými spektrálními stopami plynu kroužícího vysokou rychlostí – neklamným znakem aktivně se živících supermasivních černých děr (aktivních galaktických jader, AGN) . Spoluautor studie Roberto Decarli k tomu uvedl: „Tento krok objevu byl možný jen díky vynikajícím zobrazovacím a spektroskopickým schopnostem JWST a zejména jeho přístroje NIRSpec. Podobná pozorování ze země by byla extrémně náročná kvůli špatné průhlednosti atmosféry v těchto vlnových délkách.“

Co odhalil dalekohled ALMA?

Data z chilského radioteleskopu ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) odhalila velké zásoby studeného plynu v okolí každé z černých děr. Decarli poznamenal, že to „ukazuje na to, že obě AGN sídlí v centrech dvou galaxií, které jsou na prahu sloučení.“ Přítomnost chladného plynného galaktického prostředí kolem každé černé díry pomohla vyloučit exotické alternativní scénáře vzniku a potvrdila, že jde o skutečné slučování galaxií bohatých na plyn . Studie byla publikována v časopise Nature Astronomy (přijato; preprint arXiv:2607.19491).

Tři černé díry v jedné galaxii

Ve zcela samostatné studii, kterou vedla Hannah Übler z Max Planckova institutu pro mimozemskou fyziku, identifikovali vědci tři aktivně narůstající supermasivní černé díry v jediné galaxii s označením J0148-4214 .

Galaxie je vzdálená více než 12,5 miliardy světelných let od Země (červený posuv z=5,0167), což odpovídá době zhruba 1,2 miliardy let po Velkém třesku .

Dvě z černých děr se nacházejí blízko sebe v galaktickém centru, oddělené jen 620 světelnými lety v projekci, což naznačuje, že jsou na prahu sloučení. Třetí černá díra leží dále ve vnější oblasti galaxie, asi 5 500 světelných let od centra .

K detekci vědci použili JWST NIRSpec v režimu integrálního pole (NIRSpec-IFS) – prostorově rozlišenou spektroskopii. Každou černou díru identifikovali díky široké emisi H-alfa bez doprovodné zakázané čáry, což je jasný signál plynu obíhajícího kolem masivní černé díry .

Übler k tomu řekla: „Ukazuje to, že procesy v raném vesmíru byly efektivní v přibližování masivních černých děr k sobě, čímž připravily půdu pro slučování masivních černých děr, které očekáváme, že zachytí budoucí observatoře gravitačních vln.“ Hmotnosti těchto černých děr se pohybují od několika milionů až po asi 80 milionů hmotností Slunce . Studie byla publikována v časopise Astronomy & Astrophysics (projekt BlackTHUNDER) .

Význam objevů

Dohromady tyto dva výsledky vykreslují obraz mladého vesmíru, kde supermasivní černé díry rostly rychle díky častým slučováním a interakcím bohatým na plyn – a kde infračervená citlivost JWST nyní odhaluje těsné páry a trojice černých děr, které byly pro starší teleskopy zcela neviditelné.