Sovende kæmpe vejet: James Webb-teleskopet afslører sort hul på 6 milliarder solmasser

Stellar dynamik: En direkte vejning af det usynlige

Med den linseformede, forstørrede udsigt rettede holdet blikket mod JWSTs NIRSpec Integral Field Spektrograf – et avanceret instrument, der kan sprede lyset til et spektrum for hver enkelt pixel i billedet. Det gjorde det muligt for forskerne at kortlægge stjernernes hastigheder i forskellige afstande fra galaksens centrum. Teknikken kaldes stellar dynamik og er den selvsamme metode, som blev brugt til at veje Mælkevejens centrale sorte hul – en bedrift, der vandt Nobelprisen i fysik i 2020 .

Stjerner, der befinder sig tættere på et supermassivt sort hul, kredser hurtigere. Ved at modellere, hvordan stjernehastighederne ændrede sig med radius ved hjælp af Keplers simple love for himmellegemers bevægelse, kunne holdet identificere det sorte huls "indflydelsessfære" – den region, hvor dets tyngdekraft dominerer stjernernes baner. Dette muliggjorde en direkte massemåling. Før denne undersøgelse var den fjerneste direkte måling via stellar dynamik for et sort hul kun omkring 700 millioner lysår væk. MRG-M0138 slår den rekord med mere end en faktor ti .

Hvad de fandt: En galakseslukkende kæmpe

Målingen bekræftede et sort hul på omtrent 6 milliarder solmasser . Dets værtsgalakse, MRG-M0138, er en massiv, rød elliptisk galakse, som for længst er holdt op med at danne nye stjerner. Det centrale sorte hul er hvilende, hvilket vil sige, at det i øjeblikket hverken tiltrækker eller opvarmer store mængder gas .

Fundene tyder på en voldsom fortid. MRG-M0138 var sandsynligvis engang en strålende kvasar, drevet af gas, der hvirvlede ind i det voksende sorte hul. Den enorme energiudladning fra denne aktive fase kan have opvarmet eller ligefrem blæst den gas bort, som stjernedannelse kræver – og dermed effektivt lukket ned for galaksens stjernefabrikker. Galaksens døde, stille tilstand og det sorte huls hvilende tilstand i dag hænger derfor sandsynligvis nøje sammen; det sorte hul blev så stort og kraftfuldt, at det kvalte sin egen værts videre udvikling .

Udfordrer modeller for kosmisk samevolution

Denne opdagelse rammer kernen af, hvordan vi tror, galakser og sorte huller vokser op sammen. I det nære univers findes der en tæt sammenhæng mellem massen af et centralt sort hul og egenskaberne ved dets værtsgalakses centrale bulge, hvilket antyder, at de udvikler sig i takt. Denne direkte måling leverer bevis for, at dette forhold ikke altid var på plads, og at sorte huller kan dannes og vokse til enorme størrelser, før deres værtsgalakser er færdige med at samle deres stjerner.

Dataene indikerer, at nogle af de tætteste områder i det tidlige univers var arnesteder for ekstremt hurtig vækst af sorte huller, der overhalede den omgivende galakse . MRG-M0138-målingen udfordrer simple samevolutionsmodeller, hvor væksten af det sorte hul og galaksen altid er stramt forbundne. Fremtidige kortlægninger med JWST, Euclid, det kommende Nancy Grace Roman-rumteleskop og næste generation af jordbaserede observatorier som Giant Magellan Telescope sigter mod at anvende denne teknik med linseeffekt og stellar dynamik på mange flere galakser. Målet er at opbygge et statistisk billede af, hvordan sorte huller og galakser har udviklet sig sammen gennem den kosmiske historie .