Romslukeren som sluknet: James Webb veide et sovende monster fra universets barndom

Stjernedynamikk: Å veie det usynlige

Med det linsede, forstørrede bildet vendte teamet seg til JWSTs NIRSpec Integral Field Spectrograph. Dette instrumentet fanget opp et spektrum for hver eneste piksel i bildet, noe som tillot forskerne å kartlegge hastighetene til stjerner i ulik avstand fra galaksens sentrum. Teknikken kalles stjernedynamikk – den samme metoden som ble brukt til å veie Melkeveiens sentrale sorte hull, en bragd som vant Nobelprisen i fysikk i 2020 .

Stjerner nærmere et supermassivt sort hull går i bane raskere. Ved å modellere hvordan stjernehastighetene endret seg med radius ved hjelp av enkle keplerbevegelser, kunne teamet identifisere det sorte hullets "innflytelsessfære" – regionen der dets tyngdekraft dominerer stjernenes bevegelser. Dette ga en direkte massemåling. Før denne studien var den fjerneste direkte stjernedynamikk-målingen for et sort hull bare rundt 700 millioner lysår unna. MRG-M0138 slår den rekorden med mer enn en faktor på ti .

Hva de fant: En kjempe som slukket galaksen

Målingen bekreftet et sort hull på omtrent 6 milliarder solmasser . Vertsgalaksen, MRG-M0138, er en massiv, rød elliptisk galakse som for lengst har sluttet å danne nye stjerner. Det sentrale sorte hullet er sovende, noe som betyr at det for øyeblikket ikke trekker til seg og varmer opp store mengder gass .

Funnene antyder en voldelig historie. MRG-M0138 var sannsynligvis en gang en strålende kvasar, drevet av gass som spiralerte inn i det voksende sorte hullet. Den enorme energiproduksjonen fra denne aktive fasen kan ha varmet opp eller til og med blåst bort nettopp den gassen som stjernedannelse krever, og effektivt stengt ned galaksens stjernefabrikker. Galaksens døde, stille tilstand og det sorte hullets sovende tilstand i dag er derfor sannsynligvis forbundet; det sorte hullet ble så stort og kraftfullt at det kvalte sin egen vertsgalakse .

Utfordrer modeller for samutvikling

Denne oppdagelsen treffer kjernen av hvordan vi tror galakser og sorte hull vokser sammen. I det nærliggende universet eksisterer det en tett korrelasjon mellom massen til et sentralt sort hull og egenskapene til vertsgalaksens sentrale bule, noe som antyder at de utvikler seg i takt. Denne målingen gir direkte bevis for at dette forholdet ikke alltid var på plass, og at sorte hull kan dannes og vokse til enorme størrelser før vertsgalaksene deres er ferdige med å bygge stjernene sine.

Dataene indikerer at noen av de tetteste regionene i det tidlige universet var steder for ekstremt rask vekst av sorte hull, som overgikk den omkringliggende galaksen . MRG-M0138-målingen utfordrer enkle samutviklingsmodeller der veksten av det sorte hullet og galaksen alltid er tett koblet. Fremtidige kartlegginger med JWST, Euclid, Nancy Grace Roman Space Telescope og neste generasjons bakkebaserte observatorier som Giant Magellan Telescope har som mål å bruke denne teknikken med linsing og stjernedynamikk på mange flere galakser for å bygge et statistisk bilde av hvordan sorte hull og galakser har utviklet seg sammen gjennom den kosmiske historien .