ענק ישן בלב הקוסמוס: ווב הציץ 10 מיליארד שנה אחורה ושקל חור שחור מפלצתי

דינמיקה כוכבית: איך שוקלים את הבלתי נראה

בעזרת התצוגה המוגדלת, הצוות פנה לספקטרוגרף השדה האינטגרלי (NIRSpec Integral Field Spectrograph) של ווב. מכשיר זה לוכד ספקטרום עבור כל פיקסל בתמונה, ומאפשר למדענים למפות את מהירויות הכוכבים במרחקים שונים ממרכז הגלקסיה. השיטה מוכרת בשם דינמיקה כוכבית – אותה טכניקה ששימשה לשקילת החור השחור במרכז שביל החלב, הישג שזיכה בפרס נובל לפיזיקה בשנת 2020 .

כוכבים הקרובים יותר לחור שחור על-מסיבי חגים מהר יותר. על ידי מידול של אופן שינוי מהירויות הכוכבים כתלות במרחק מהמרכז, תוך שימוש בחוקי קפלר הפשוטים לתנועה, הצוות הצליח לזהות את "תחום ההשפעה" של החור השחור – האזור שבו כבידתו שולטת בתנועת הכוכבים. זוהי אפשרות למדידת מסה ישירה. לפני מחקר זה, מדידת הדינמיקה הכוכבית הישירה הרחוקה ביותר הייתה של חור שחור במרחק של כ-700 מיליון שנות אור בלבד. MRG-M0138 מנפצת את השיא הזה ביותר מפי עשרה .

הממצא: ענק ש"הרדים" גלקסיה שלמה

המדידה אישרה חור שחור במסה של כ-6 מיליארד מסות שמש . הגלקסיה המארחת, MRG-M0138, היא גלקסיה אליפטית אדומה ומסיבית, שתהליך יצירת הכוכבים בה נפסק מזמן. החור השחור המרכזי שלה רדום, כלומר הוא אינו מושך ומחמם כעת כמויות גדולות של גז .

הממצאים מרמזים על עבר אלים. סביר להניח כי MRG-M0138 הייתה פעם קוואזר מבריק, שמתודלק על ידי גז שהסתחרר אל תוך החור השחור הגדל. פליטת האנרגיה העצומה משלב פעיל זה יכלה לחמם או אפילו לסלק את הגז עצמו שנדרש ליצירת כוכבים, ובכך לשתק ביעילות את מפעלי הכוכבים של הגלקסיה. לכן, סביר להניח כי מצבה ה"מת" והשקט של הגלקסיה ומצבו הרדום של החור השחור היום קשורים זה בזה; החור השחור גדל כל כך עד שהפך לעוצמתי דיו כדי "להרוג" את הגלקסיה המארחת שלו .

אתגר למודלים של אבולוציה משותפת

תגלית זו נוגעת ישירות בלב האופן שבו אנו חושבים שגלקסיות וחורים שחורים צומחים יחד. ביקום הקרוב אלינו, קיים מתאם הדוק בין מסת החור השחור המרכזי לבין תכונות הבליטה המרכזית של הגלקסיה המארחת שלו, מה שמרמז על התפתחות מתואמת. מדידה זו מספקת ראיה ישירה לכך שמערכת יחסים זו לא הייתה קיימת תמיד, ושחורים שחורים יכולים להיווצר ולגדול לממדים עצומים עוד לפני שהגלקסיות המארחות שלהם סיימו לאסוף את הכוכבים שלהן.

הנתונים מצביעים על כך שחלק מהאזורים הצפופים ביותר ביקום המוקדם היו אתרים של צמיחה מהירה במיוחד של חורים שחורים, שהקדימה את קצב הגדילה של הגלקסיה שמסביב . מדידת MRG-M0138 מאתגרת מודלים פשוטים של אבולוציה משותפת, שלפיהם צמיחת החור השחור וצמיחת הגלקסיה שלובות זו בזו תמיד באופן הדוק. סקרים עתידיים עם טלסקופ החלל ג'יימס ווב, טלסקופ החלל אוקלידס, טלסקופ החלל ננסי גרייס רומן ומצפי כוכבים קרקעיים מהדור הבא, כמו הטלסקופ המגלני הענק, שואפים ליישם שיטה משולבת זו של עידוש-ודינמיקה-כוכבית על גלקסיות רבות נוספות, כדי לבנות תמונה סטטיסטית של האבולוציה המשותפת של חורים שחורים וגלקסיות לאורך הזמן הקוסמי .