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

MoM-BH*-1 er en ekstremt lysstærk og kompakt kilde fra universets første milliard år. James Webb-rumteleskopet (JWST) fandt objektet i undersøgelsen Mirage or Miracle, forkortet MoM, og vi ser det, som det så ud omkring 660 millioner år efter Big Bang. Astronomer mener ikke, at der er tale om en almindelig stjerne. Den førende forklaring er i stedet et hurtigt voksende sort hul omgivet af en tæt, stjernelignende kappe af gas.

Navnet »sort hul-stjerne« beskriver, hvordan objektet kan se ud og opføre sig – ikke et bekræftet sort hul, der ligger inde i en konventionel stjerne. Tolkningen bygger på JWST’s målinger af objektets spektrum, lysstyrke og farve sammenholdt med fysiske modeller.

Hvorfor MoM-BH*-1 ikke ligner en normal stjerne

Almindelige stjerner lyser, fordi kernefusion frigiver energi i deres indre. MoM-BH*-1 udsender imidlertid langt mere energi, end en fysisk plausibel fusionsdrevet stjerne kan producere. Estimaterne beskriver objektet som omkring 100 milliarder gange mere energirigt end nogen kendt stjerne. Det peger i stedet på tyngdeenergi, der frigives, når stof falder ind mod et sort hul.

Objektets spektrum indeholder også et usædvanligt dybt Balmer-knæk, brede og komplekse brintemissionslinjer samt tydelige Balmer-absorptionslinjer. Der er kun få tegn på grundstoffer, der er tungere end brint og helium. Samlet peger egenskaberne på et ekstremt tæt, turbulent og forholdsvis uberørt gasmiljø – ikke på lyset fra en normal stjerne eller en velkendt aktiv galaksekerne.

Den førende model: Et sort hul i en gassky

I den foreslåede model fortærer et sort hul på cirka 100.000 solmasser hurtigt materiale fra sine omgivelser. Når gassen falder indad, frigiver den tyngdeenergi, som opvarmer den tætte kappe omkring det sorte hul. Kappen danner en stjernelignende »pseudo-fotosfære«, så hele systemet fremstår som et kompakt, lysende rødt objekt, selv om energikilden er tilvækst af stof – ikke kernefusion.

Modeller, der kombinerer et aktivt, stofslugende sort hul med en tæt brintkappe, gengiver ifølge den tilgængelige rapportering objektets lysstyrke og farve bedre end en simpel forklaring med en stjerne. Gassen menes at strække sig over omtrent skalaen af Solsystemet, selv om den præcise struktur afhænger af den anvendte model.

Den røde farve kan desuden skyldes gas snarere end støv. Stråling fra det centrale sorte hul kan blive absorberet, spredt og udsendt igen af materialet omkring det. Det forskyder det lys, der slipper ud, mod længere og dermed rødere bølgelængder.

Kan forklare JWST’s »små røde prikker«

JWST har afsløret mange små, røde og lysstærke kilder i det unge univers. De kaldes ofte »little red dots« – på dansk »små røde prikker«. Deres kompakte udseende og mærkelige spektre har gjort det svært at fastslå, hvad de egentlig er. MoM-BH*-1 er særligt interessant, fordi strålingen fra det foreslåede sorte hul kan dominere over lyset fra værtsgalaksen. Det gør den underliggende mekanisme lettere at undersøge.

Hvis den samme type gasindhyllede tilvækst forekommer i mindre isolerede systemer, kan mange svagere »små røde prikker« være beslægtede objekter, der ligger inde i unge galakser. I så fald er prikkerne ikke én konventionel gruppe af stjerner. De kan være hurtigt voksende sorte huller, hvis tætte gaskapper får dem til at ligne stjerner i infrarøde observationer.

Muligheden er også relevant for spørgsmålet om, hvordan meget massive sorte huller kunne dannes så tidligt i kosmisk historie. En tæt gasskal kan muligvis give et frø-sorthul mulighed for at optage stof hurtigt. MoM-BH*-1 viser dog ikke alene hele vækstforløbet frem mod de supermassive sorte huller, der senere fandtes i universet.

Hvorfor der måske ikke ses røntgenstråling

Et bart eller relativt fritliggende aktivt sort hul forventes normalt at udsende kraftig højenergetisk stråling. En tyk kappe af gas ændrer imidlertid, hvor meget der kan slippe ud. Røntgenstråler, som dannes tæt på det sorte hul, kan blive absorberet eller spredt igen og igen inde i kappen. Noget af energien kan dermed blive omdannet til ultraviolet og infrarød stråling med lavere energi.

Det giver en plausibel forklaring på, hvorfor MoM-BH*-1 og lignende »små røde prikker« kan være lysstærke i JWST’s infrarøde observationer, men svage eller helt usynlige i røntgenstråling. Det er dog en fortolkning, der passer med modeller for indhyllede sorte huller – ikke en direkte måling, der viser, at hver eneste manglende røntgenfotons energi er blevet omdannet på denne måde.

Hvorfor »sort hul-stjerne« endnu ikke er en sikker klassifikation

Påstanden bygger på indirekte beviser. JWST har målt lyset fra kilden, men har ikke taget et direkte billede af et sort hul inde i en gasskal. Det nuværende spektrum indeholder heller ikke ét enkelt særpræg, der entydigt udelukker alle alternative forklaringer.

Andre muligheder – blandt andet kombinationer af en kompakt galakse, usædvanlig gas, støv, stjernepopulationer og skjult aktivitet fra et sort hul – skal stadig testes mod observationerne. De eksisterende data gør modellen med en »sort hul-stjerne« til en stærk kandidat, men »den bedste forklaring« er ikke det samme som en endelig identifikation.

Yderligere JWST-observationer kan lede efter de spektrale kendetegn, modellen forudsiger, begrænse gassens tæthed og sammensætning, måle objektets størrelse mere præcist, undersøge variationer i lysstyrken og sammenligne MoM-BH*-1 med et større udvalg af »små røde prikker«. Det vil hjælpe astronomerne med at afgøre, om der er tale om et sjældent overgangsobjekt eller et eksempel på en større population af gasindhyllede sorte huller ved den kosmiske daggry.

Konklusionen

MoM-BH*-1 forstås bedst som en kandidat til en »sort hul-stjerne«: et sort hul på omkring 100.000 solmasser, der hurtigt optager stof, mens en tæt brintkappe får hele systemet til at lyse som en gigantisk rød stjerne. Den ekstreme lysstyrke og de usædvanlige Balmer-egenskaber taler for fortolkningen, og den samme gasskal kan forklare både den røde farve og det svage røntgensignal. Men konklusionen bygger stadig på modeller og indirekte observationer – ikke på en bekræftet ny klasse af himmellegemer.