MoM-BH*-1 kan være et sort hul skjult i en stjernelignende gassky

MoM-BH*-1 er en ekstremt lysstærk, kompakt og rød kilde, som James Webb-rumteleskopet (JWST) observerede i forbindelse med undersøgelsen Mirage or Miracle. Lyset blev udsendt, da universet var omkring 660 millioner år gammelt, og objektet ser ud til at udsende energi svarende til omkring 100 milliarder sole.

Den førende forklaring er en såkaldt sort hul-stjerne: Et sort hul, der vokser ved at opsluge gas, men som er skjult inde i en tæt kappe af brint. Udefra kan strukturen ligne en gigantisk stjerne, selv om energien primært kommer fra stof, der falder ind mod det sorte hul – ikke fra kernefusion.

Hvorfor ligner MoM-BH*-1 ikke en almindelig stjerne?

Astronomerne har ikke fotograferet et sort hul direkte. I stedet har de sammenholdt JWST’s målinger af objektets lysstyrke, farve og spektrum med modeller for forskellige energikilder.

Flere detaljer gør en almindelig stjerneforklaring vanskelig:

• Lysstyrken er ekstrem. Kilden ser ud til at udsende omkring 100 milliarder gange så meget energi som en kendt stjerne – langt mere end almindelig kernefusion realistisk kan levere.
• Spektret har et usædvanligt kraftigt Balmer-knæk. Målingen er omkring 7,7, hvilket overstiger den forventede grænse for en almindelig støvfri stjernepopulation og også den værdi, man forventer fra en population domineret af A-stjerner.
• Kilden er meget rød uden tydelige tegn på støv. Spektret viser kun meget svage tegn på grundstoffer, der er tungere end brint og helium. Derfor er støv ikke den mest oplagte forklaring på den røde farve.
• Den er kompakt, men enorm efter stjernestandarder. Den lysende gassky er modelleret til omtrent at have størrelse som Solsystemet – ikke som en konventionel stjerne.

Samlet peger observationerne på, at lyset bliver skabt og omdannet i et usædvanligt tæt miljø – ikke blot af en samling normale stjerner.

Sådan fungerer modellen med en sort hul-stjerne

I den foreslåede model gemmer MoM-BH*-1 på et sort hul med en masse på omkring 100.000 sole, omgivet af en tæt og næsten metalfri kappe af brintgas.

Når gas falder ind mod det sorte hul, omdannes tyngdeenergi til stråling. Inde i en tilstrækkeligt tæt kappe vil den hårde stråling fra den indfaldende gas ikke nødvendigvis slippe direkte ud. Gassen kan i stedet absorbere, sprede og omdanne strålingen, før den udsendes ved længere bølgelængder.

Resultatet kan blive en pseudofotosfære – en køligt udseende, rød og stjernelignende yderside omkring en langt mere energirig central motor. Det kan forklare både objektets stjerneagtige udseende og dets enorme lysstyrke. Den tætte brint kan samtidig skabe det usædvanligt dybe Balmer-knæk i spektret.

Kan modellen forklare JWST’s »little red dots«?

JWST har fundet mange små, kompakte og røde kilder i det tidlige univers. De kaldes ofte »little red dots«, eller »små røde prikker«, og deres størrelse og særlige spektre har gjort det svært at fastslå, hvad de egentlig er.

Hypotesen om sorte hul-stjerner giver en mulig sammenhæng: Nogle af de røde prikker kan være yngre, mindre eller mindre lysstærke udgaver af sorte huller, der er begravet i tykke gashylstre. MoM-BH*-1 kan i så fald være et særligt tydeligt eksempel, fordi det indhyllede sorte hul muligvis overstråler hele sin værtsgalakse.

Modellen kan også være med til at forklare, hvorfor mange »little red dots« ikke kan ses i røntgenstråling. Et aktivt sort hul, der ikke er skjult, forventes normalt at udsende højenergetisk stråling. Men en meget tæt brintkappe kan absorbere eller holde på en del af strålingen og i stedet omdanne den til optisk og infrarødt lys. Det er en forudsigelse fra modellen – ikke en direkte røntgenmåling af MoM-BH*-1.

Hvorfor er opdagelsen ikke bekræftet endnu?

Observationerne dokumenterer objektets lys og spektrum – ikke et separat, direkte observeret sort hul, en gassky eller en akretionsstrøm. Massen af det sorte hul, kappens form og energikilden er udledt ved at sammenligne fysiske modeller med målingerne.

Forskerne beskriver derfor scenariet med et indhyllet sort hul som den mest sandsynlige forklaring, ikke som et endeligt bevis på en ny type himmellegeme. Alternative forklaringer, blandt andet en ekstremt massiv, metalfri stjerne eller en anden usædvanlig tæt gaskonfiguration, er ikke fuldstændig udelukket.

Flere spektroskopiske observationer med JWST og undersøgelser af lignende kilder i det tidlige univers skal teste modellens særlige forudsigelser. Først derefter kan astronomerne afgøre, om sorte hul-stjerner udgør en større population.

Indtil videre er MoM-BH*-1 bedst beskrevet som en overbevisende kandidat: Et objekt, der ligner en stjerne, men energimæssigt opfører sig mere som et sort hul – og som måske kan give et nyt fingerpeg om de mange røde prikker, JWST finder i universets dybe billeder.