JWST paljasti lähekkäiset mustat aukot varhaisesta maailmankaikkeudesta – ja toisesta galaksista löytyi harvinainen kolmikko

Miksi aikaisemmat kaukoputket eivät nähneet sitä: LID-1166 havaittiin alun perin röntgenlähteenä Chandra COSMOS Legacy -kartoituksessa, mutta se pysyi täysin huomaamattomana syvimmissäkään Hubble-avaruusteleskoopin kuvissa . Mustat aukot ovat tiheän kaasun ja pölyn peitossa, joka estää näkyvän ja lähi-infrapunavalon läpäisyn .

JWST:n valitsema instrumentti: Tutkimusryhmää johtanut Hyewon Suh NSF NOIRLabista käytti JWST:n Near-Infrared Spectrograph -instrumenttia (NIRSpec) . NIRSpec paljasti kaksi kompaktia, hehkuvaa lähdettä, jotka ovat 4 900 valovuoden päässä toisistaan. Molemmat osoittavat spektrisiä piirteitä nopeasti pyörivästä kaasusta – kiistattomia merkkejä aktiivisesti ruokailevista supermassiivisista mustista aukoista (aktiiviset galaksiytimet, AGN) . Tutkimuksen toinen kirjoittaja Roberto Decarli sanoi: 'Tämä löytövaihe oli mahdollinen vain JWST:n ja erityisesti sen NIRSpec-instrumentin erinomaisen kuvantamis- ja spektroskooppisen kyvyn ansiosta. Vastaavat havainnot maan pinnalta olisivat erittäin haastavia ilmakehän huonon läpinäkyvyyden vuoksi näillä aallonpituuksilla.'

Mitä ALMA lisäsi: Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) havaitsi suuria kylmän kaasumääriä kummankin AGN:n yhteydessä . Decarli huomautti, että tämä 'viittaa siihen, että kaksi AGN:ää sijaitsee kahden galaksin keskellä, jotka ovat sulautumisen partaalla.' Kylmän kaasumaisen galaktisen ympäristön läsnäolo kummankin mustan aukon ympärillä auttoi sulkemaan pois eksoottiset vaihtoehtoiset syntyskenaariot ja vahvisti aidon kaasurikkaan galaktisen sulautumisen . Tutkimus on hyväksytty julkaistavaksi Nature Astronomy -lehdessä (esijulkaisu arXiv:2607.19491) .

Ensimmäinen laatuaan: Kolme aktiivista mustaa aukkoa yhdessä galaksissa

Samanaikainen tutkimus, jota johti Hannah Übler Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics -instituutista, tunnisti kolme aktiivisesti massaa keräävää supermassiivista mustaa aukkoa galaksissa J0148-4214 . Galaksi on yli 12,5 miljardin valovuoden päässä Maasta (punasiirtymä z=5,0167), mikä vastaa noin 1,2 miljardia vuotta alkuräjähdyksen jälkeen .

Kolmikon kokoonpano: Kaksi mustista aukoista sijaitsee lähellä toisiaan galaksin keskustassa, ja niiden välinen etäisyys on vain 620 valovuotta projektiossa, mikä viittaa siihen, että ne ovat sulautumisen partaalla. Kolmas musta aukko sijaitsee kauempana galaksin ulkoreunalla, noin 5 500 valovuoden päässä keskustasta . Massat vaihtelevat muutamasta miljoonasta noin 80 miljoonaan auringon massaan .

Havaitsemismenetelmä: Tutkimusryhmä käytti JWST:n NIRSpec-instrumenttia Integral Field Unit -tilassa (NIRSpec-IFS) – paikallisesti erottuvaa spektroskopiaa – havaitakseen mustat aukot niiden spektristen sormenjälkien perusteella. Jokainen tunnistettiin leveän H-alfa-emission (FWHM 430–2 920 km/s) perusteella ilman kiellettyä viivavastinetta, mikä on selvä merkki massiivisen mustan aukon ympärillä kiertävästä kaasusta .

Tämä on ensimmäinen todiste kolmesta aktiivisesta supermassiivisesta mustasta aukosta yhdessä galaksissa kaukaisessa maailmankaikkeudessa . Übler sanoi: 'Tämä viittaa siihen, että varhaisen maailmankaikkeuden prosessit olivat tehokkaita tuomaan massiivisia mustia aukkoja yhteen, mikä loi pohjan massiivisille mustien aukkojen sulautumisille, joita odotamme havaitsevamme tulevilla gravitaatioaaltoteleskoopeilla.' Tutkimus julkaistiin Astronomy & Astrophysics -lehdessä osana BlackTHUNDER-projektia .

Mitä nämä löydöt merkitsevät

Yhdessä nämä kaksi tulosta avaavat uuden ikkunan kriittiseen vaiheeseen kosmista historiaa. Ne osoittavat, että supermassiiviset mustat aukot eivät olleet vain olemassa, vaan ne myös aktiivisesti sulautuivat ja kasvoivat kaasurikkaissa ympäristöissä alle 1,5 miljardia vuotta alkuräjähdyksen jälkeen. JWST:n kyky nähdä pölyn läpi – käyttämällä infrapunavaloa, jota lyhyemmät aallonpituudet eivät läpäise – on ollut avainasemassa näiden piilossa olleiden mustien aukkojen järjestelmien paljastamisessa. Kuten LID-1166 -tutkimuksessa todetaan, aikaisemmat kaukoputket, kuten Hubble, olivat sokeita näille kohteille, jotka ovat peittyneet juuri siihen kaasuun ja pölyyn, joka niitä ruokkii .