Nærmeste par av aktive supermassive sorte hull oppdaget av James Webb-teleskopet

James Webb Space Telescope (JWST) har gjort en banebrytende oppdagelse: det nærmeste paret av aktivt matende supermassive sorte hull som noensinne er bekreftet i det tidlige universet. Systemet, kjent som LID-1166, består av to sorte hull som er separert med bare 4900 lysår (1,5 kiloparsek) – det tetteste paret av aktive sorte hull som er observert så tidlig i kosmisk historie .

Universet var bare 1,3 milliarder år gammelt da dette systemet eksisterte, omtrent 10 % av dets nåværende alder .

Hvorfor tidligere teleskoper ikke så dem:

LID-1166 ble først oppdaget som en røntgenkilde i Chandra COSMOS Legacy Survey, men forble helt usynlig i selv de dypeste bildene fra Hubble-teleskopet. Årsaken er at de sorte hullene er begravd i tett gass og støv som blokkerer synlig og nær-infrarødt lys .

Hvordan JWST bekreftet funnet:

Forskerteamet, ledet av Hyewon Suh ved NSF NOIRLab, brukte JWSTs NIRSpec-instrument (Near-Infrared Spectrograph). NIRSpec avslørte to kompakte, lysende kilder separert med 4900 lysår, og hver av dem viste spektrale signaturer av gass som virvler i høy hastighet – et tydelig tegn på aktivt matende supermassive sorte hull .

– Dette steget kunne bare skje takket være JWSTs enestående bilde- og spektroskopiske evner, spesielt NIRSpec-instrumentet. Lignende observasjoner fra bakken ville vært ekstremt utfordrende på grunn av atmosfærens dårlige gjennomsiktighet ved disse bølgelengdene, sier medforfatter Roberto Decarli .

Hva ALMA-data viste:

Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) oppdaget store mengder kald gass knyttet til hvert sort hull. Decarli bemerker at dette "peker på at de to sorte hullene befinner seg i sentrum av to galakser som er på randen av en sammenslåing." Tilstedeværelsen av et kaldt gassrikt galaktisk miljø rundt hvert sort hull bidro til å utelukke alternative formasjonsscenarioer og bekreftet at vi ser en ekte gassrik galakse-sammenslåing .

Studien er publisert i Nature Astronomy (akseptert; forhåndspublisering arXiv:2607.19491) .

Trippel oppdagelse: Tre sorte hull i én galakse

I en separat studie, ledet av Hannah Übler ved Max Planck-instituttet for ekstraterrestrisk fysikk, ble tre aktivt akkrediterende supermassive sorte hull identifisert i én enkelt galakse, J0148-4214 .

– Dette er første bevis på tre aktive sorte hull i en enkelt galakse i det fjerne universet, sier Übler . Galaksen ligger mer enn 12,5 milliarder lysår fra Jorden (rødforskyvning z=5,0167), tilsvarende omtrent 1,2 milliarder år etter Big Bang .

To av de sorte hullene befinner seg tett sammen i galaksens sentrum, separert med bare 620 lysår i projeksjon, noe som tyder på at de er på randen av sammenslåing. Et tredje sort hull ligger lenger ute i galaksens ytre områder, omtrent 5500 lysår fra sentrum .

Forskerteamet brukte JWSTs NIRSpec-instrument i Integral Field Unit-modus (NIRSpec-IFS) for å oppdage de sorte hullene gjennom deres spektrale fingeravtrykk. Hvert ble identifisert ved bred H-alfa-emisjon uten tilhørende forbudt linje – en klar signatur av gass som kretser rundt et massivt sort hull .

Übler legger til: "Det antyder at prosesser i det tidlige universet var effektive til å bringe massive sorte hull sammen, noe som legger grunnlaget for de massive sammenslåingene av sorte hull vi forventer å oppdage med fremtidige gravitasjonsbølgeobservatorier."

De beregnede massene varierer fra noen få millioner til omtrent 80 millioner solmasser . Studien er publisert i Astronomy & Astrophysics (BlackTHUNDER-prosjektet) .

Til sammen maler disse to resultatene et bilde av et ungt univers der supermassive sorte hull vokste raskt gjennom hyppige sammenslåinger og gassrike interaksjoner – og der JWSTs infrarøde sensitivitet nå avslører sorte hull i tette par og trioer som var fullstendig usynlige for tidligere teleskoper.