JWST afslører sorte huller i tæt parløb og en sjælden trio i det tidlige univers

Hvorfor tidligere teleskoper ikke kunne se det: LID-1166 blev først registreret som en røntgenkilde i Chandra COSMOS Legacy Survey, men forblev fuldstændig uopdaget i selv de dybeste billeder fra Hubble-rumteleskopet . De sorte huller er begravet i tæt gas og støv, som blokerer for synligt og nær-infrarødt lys .

JWSTs foretrukne instrument: Holdet, ledet af Hyewon Suh fra NSF NOIRLab, brugte JWSTs nær-infrarøde spektrograf (NIRSpec) . NIRSpec afslørede to kompakte, lysende kilder adskilt af 4.900 lysår; hver af dem viste spektrale signaturer af gas, der hvirvler rundt med høje hastigheder – utvetydige tegn på aktivt fodrende supermassive sorte huller (aktive galaktiske kerner, AGN) . Medforfatter Roberto Decarli udtalte: 'Dette skridt i opdagelsen kunne kun lade sig gøre takket være JWSTs enestående billeddannelse og spektroskopiske egenskaber og i særdeleshed dets instrument NIRSpec. Tilsvarende observationer fra jorden ville være ekstremt udfordrende på grund af atmosfærens ringe gennemsigtighed ved disse bølgelængder.'

Hvad ALMA tilføjede: Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) detekterede store mængder kold gas forbundet med hver af de to AGN'er . Decarli bemærkede, at dette 'peger på, at de to AGN'er befinder sig i centrum af to galakser, der er på randen af at fusionere.' Tilstedeværelsen af et koldt, gasformigt galaktisk miljø omkring hvert sort hul var med til at udelukke alternative, eksotiske dannelsesscenarier og bekræftede, at der var tale om en ægte gasrig galaksefusion . Undersøgelsen er blevet accepteret til offentliggørelse i Nature Astronomy (fortryk arXiv:2607.19491) .

En separat nyhed: Tre aktive sorte huller i én galakse

En samtidig undersøgelse, ledet af Hannah Übler ved Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, identificerede tre aktivt akkrederende supermassive sorte huller i den enkelte galakse J0148-4214 . Galaksen er mere end 12,5 milliarder lysår fra Jorden (rødforskydning z=5,0167), hvilket svarer til ca. 1,2 milliarder år efter Big Bang .

Sådan er de tre placeret: To af de sorte huller befinder sig tæt på hinanden i galaksens centrum med en afstand på kun 620 lysår i projektion, hvilket tyder på, at de er på randen af at fusionere. Et tredje sort hul befinder sig længere ude i galaksens ydre område, ca. 5.500 lysår fra centrum . Deres masser spænder fra et par millioner til omkring 80 millioner solmasser .

Opdagelsesmetode: Holdet brugte JWSTs NIRSpec i Integral Field Unit-tilstand (NIRSpec-IFS) – rumligt oplyst spektroskopi – til at detektere de sorte huller via deres spektrale fingeraftryk. Hvert sort hul blev identificeret ved bred H-alfa-emission (FWHM 430–2.920 km/s) uden en forbudt linje-modpart, en klar signatur af gas, der kredser om et massivt sort hul .

Dette er det første bevis på tre aktive supermassive sorte huller i én enkelt galakse i det fjerne univers . Übler sagde: 'Det tyder på, at processer i det tidlige univers var effektive til at bringe massive sorte huller sammen, hvilket baner vejen for de fusioner af massive sorte huller, som vi forventer at detektere med fremtidige gravitationsbølgeobservatorier.' Undersøgelsen blev offentliggjort i Astronomy & Astrophysics som en del af BlackTHUNDER-projektet .

Hvad betyder disse opdagelser?

Tilsammen åbner de to resultater et nyt vindue ind i en kritisk fase af universets historie. De viser, at supermassive sorte huller ikke blot var til stede, men også aktivt fusionerede og voksede i gasrige miljøer mindre end 1,5 milliarder år efter Big Bang. JWSTs evne til at se gennem støv – ved hjælp af infrarødt lys, som kortere bølgelængder ikke kan trænge igennem – har været nøglen til at afsløre disse skjulte sorte hul-systemer. Som LID-1166-studiet påpeger, var ældre teleskoper som Hubble blinde over for disse objekter, som er indhyllet i den gas og det støv, der netop fodrer dem .