MoM-BH*-1 voi olla varhaisen maailmankaikkeuden musta aukko -tähti

Millainen ”mustan aukon tähti” olisi?

Ehdotetussa mallissa noin 100 000 Auringon massainen musta aukko kerää ympäriltään ainetta hyvin nopeasti. Sisään putoava kaasu vapauttaa gravitaatioenergiaa ja kuumentaa mustaa aukkoa ympäröivän tiheän kaasukehän. Tämä kehä muodostaa tähden kaltaisen niin sanotun pseudofotosfäärin, joten koko järjestelmä näyttää pieneltä mutta erittäin kirkkaalta punaiselta kohteelta. Sen todellinen energianlähde ei kuitenkaan olisi fuusio vaan aineen kertymisestä vapautuva energia.

Mallit, joissa nopeasti kasvava musta aukko yhdistyy tiheään vetyvaippaan, selittävät MoM-BH*-1:n kirkkauden ja värin paremmin kuin suoraviivainen tähtimalli. Kaasurakenteen arvioidaan ulottuvan suunnilleen aurinkokunnan mittakaavaan, vaikka tarkka koko ja rakenne riippuvat käytetystä mallista.

Kohteen punainen väri ei välttämättä johdu pölystä. Mustan aukon lähellä syntyvä säteily voi imeytyä kaasuun, sirota siinä ja säteillä uudelleen. Prosessi siirtää ulospääsevän valon kohti pidempiä, punaisempia aallonpituuksia.

Voiko tämä selittää JWST:n ”pienet punaiset pisteet”?

JWST on löytänyt varhaisesta maailmankaikkeudesta runsaasti pieniä, punaisia ja kirkkaita kohteita, joita kutsutaan englanniksi nimellä ”little red dots” eli pieniä punaisia pisteitä. Niiden kompakti ulkonäkö ja erikoinen spektri ovat vaikeuttaneet niiden todellisen luonteen määrittämistä. MoM-BH*-1 on erityisen kiinnostava, koska mahdollisen mustan aukon säteily voi hallita kohteen valoa niin voimakkaasti, että sen isäntägalaksin vaikutus jää vähäiseksi.

Jos samanlainen kaasun peittämä aineenkertyminen tapahtuu vähemmän eristyneissä järjestelmissä, monet himmeämmät pienet punaiset pisteet voivat olla vastaavia kohteita nuorten galaksien sisällä. Tällöin kyse ei olisi yhdestä tavanomaisten tähtien populaatiosta, vaan nopeasti kasvavista mustista aukoista, joiden tiheät kaasukerrokset saavat ne näyttämään infrapunahavainnoissa tähden kaltaisilta.

Tulkinta on merkittävä myös siksi, että se voisi tarjota vihjeitä siihen, kuinka hyvin massiiviset mustat aukot syntyivät niin varhain. Tiheä kaasukehä saattaa mahdollistaa mustan aukon nopean kasvun. MoM-BH*-1 ei silti yksin kerro, miten myöhemmät miljardien Auringon massaiset supermassiiviset mustat aukot tarkalleen muodostuivat.

Miksi röntgensäteitä ei ehkä havaita?

Paljaan tai vain vähän peittyneen aineksia keräävän mustan aukon odotettaisiin tuottavan runsaasti suurienergistä säteilyä, kuten röntgensäteitä. Paksu kaasukehä muuttaa kuitenkin sitä, mitä järjestelmästä pääsee ulos. Mustan aukon lähellä syntyvät röntgensäteet voivat imeytyä kaasuun tai sirota siinä toistuvasti. Osa niiden energiasta voi samalla muuttua pienienergisemmäksi ultravioletti- ja infrapunasäteilyksi.

Tämä tarjoaa uskottavan selityksen sille, miksi MoM-BH*-1:n kaltaiset pienet punaiset pisteet voivat olla JWST:n infrapunahavainnoissa kirkkaita mutta röntgensäteillä heikkoja tai kokonaan havaitsematta jääviä. Kyse on kuitenkin peittyneitä mustia aukkoja koskevien mallien mukaisesta tulkinnasta, ei suorasta mittauksesta, joka todistaisi kaikkien puuttuvien röntgenfotoneiden muuttuneen tällä tavalla.

Miksi luokitus ei ole vielä varmistunut?

”Musta aukko -tähti” perustuu epäsuoraan näyttöön. JWST on mitannut kohteen valoa, mutta se ei ole kuvannut suoraan mustaa aukkoa kaasukehän sisällä. Nykyinen spektri ei myöskään sisällä yhtä ainutlaatuista piirrettä, joka sulkisi varmasti pois kaikki vaihtoehtoiset selitykset.

Havaintoja onkin vielä verrattava muun muassa kompaktin galaksin, poikkeuksellisen kaasun, pölyn, erilaisten tähtipopulaatioiden ja peittyneen mustan aukon yhdistelmiin. Nykyinen aineisto tekee mustan aukon ympärille rakentuneesta tähtimäisestä kaasukehästä vahvan ehdokkaan, mutta ”paras selitys” ei tarkoita samaa kuin varma tunnistus.

Jatkotutkimuksissa JWST voisi etsiä mallin ennustamia spektripiirteitä, määrittää kaasun tiheyden ja koostumuksen tarkemmin, mitata kohteen kokoa, etsiä kirkkauden vaihtelua ja verrata MoM-BH*-1:tä suurempaan pienten punaisten pisteiden joukkoon. Näin selviää, onko kyse harvinaisesta siirtymävaiheen kohteesta vai laajemmasta kaasun peittämien mustien aukkojen populaatiosta kosmisella aamunkoitolla.

Lopputulos

MoM-BH*-1:tä on tällä hetkellä järkevintä kuvata musta aukko -tähden ehdokkaaksi: noin 100 000 Auringon massainen, nopeasti kasvava musta aukko on voinut jäädä tiheän vetykaasukehän sisään, jolloin koko kohde näyttää jättimäiseltä punaiselta tähdeltä. Äärimmäinen kirkkaus ja poikkeukselliset Balmerin piirteet tukevat tätä tulkintaa, ja sama kaasukehä voisi selittää punaisen värin sekä heikon röntgensäteilyn. Kyseessä on kuitenkin edelleen malliin perustuva päätelmä, ei varmistettu uudenlaisen taivaankappaleluokan tunnistus.