MoM-BH*-1 kan være et «svart hull-stjernen» fra det tidlige universet

MoM-BH*-1 ser ved første øyekast ut som en liten, rød og usedvanlig lys stjerne. Men lyset ble sendt ut da universet bare var rundt 660 millioner år gammelt, og objektet ser ut til å stråle med en energi tilsvarende omtrent 100 milliarder ganger Solens.

Astronomer mener derfor at dette kanskje ikke er en vanlig stjerne i det hele tatt. Den ledende forklaringen er en såkalt «svart hull-stjerne» – et svart hull som vokser ved å trekke til seg materie, men som er skjult inne i en tett kappe av hydrogengass. Gassen får objektet til å se ut som en gigantisk stjerne, selv om energien i hovedsak kommer fra materie som faller mot det svarte hullet, ikke fra kjernefysisk fusjon.

Hvorfor en vanlig stjerne ikke ser ut til å passe

Astronomene har ikke fotografert selve det svarte hullet. I stedet har de sammenlignet lysstyrken, fargen og spekteret JWST målte, med modeller for ulike energikilder.

Flere trekk gjør en forklaring basert på vanlige stjerner vanskelig:

• Lysstyrken er ekstrem. MoM-BH*-1 ser ut til å produsere rundt 100 milliarder ganger mer energi enn en kjent stjerne – langt mer enn vanlig stjernefusjon plausibelt kan levere.
• Spekteret har en uvanlig kraftig Balmer-knekk. Den målte verdien er omtrent 7,7. Det er høyere enn den forventede grensen for en vanlig, støvfri stjernepopulasjon og også høyere enn verdien som ventes fra en populasjon dominert av A-stjerner.
• Objektet er svært rødt uten tydelige tegn til støv. Spekteret viser lite som tyder på grunnstoffer tyngre enn hydrogen og helium. Dermed er støv som forklaring på den røde fargen mindre nærliggende.
• Det er kompakt, men enormt etter stjernestandard. Den lysende gasskappen er modellert til å være omtrent på størrelse med solsystemet, ikke som en vanlig stjerne.

Til sammen peker dette mot en uvanlig, tett struktur der lyset både produseres og bearbeides før det slipper ut – ikke bare en samling normale stjerner.

Slik kan en «svart hull-stjerne» fungere

I modellen ligger et svart hull med en masse på omtrent 100 000 solmasser inne i en tykk, nesten metallfri kappe av hydrogen.

Når gass faller innover mot det svarte hullet, frigjøres gravitasjonsenergi. I et tilstrekkelig tett gasslag vil den harde strålingen fra området nær det svarte hullet ikke slippe rett ut. Gassen kan i stedet absorbere, spre og omdanne strålingen før den sendes ut igjen ved lengre bølgelengder.

Resultatet kan bli en pseudofotosfære – en kjølig, rød og stjernelignende ytre overflate rundt en langt mer energirik motor. Denne strukturen kan forklare både hvorfor objektet ser ut som en stjerne, og hvorfor det stråler så kraftig. Den tette hydrogengassen kan også bidra til den dype Balmer-knekkingen i spekteret.

Kan dette forklare JWSTs «små røde prikker»?

James Webb-teleskopet har funnet mange kompakte, røde objekter i det tidlige universet. De kalles ofte «little red dots», eller «små røde prikker». Den lille tilsynelatende størrelsen og de uvanlige spektrene har gjort det vanskelig å fastslå hva de egentlig er.

Hypotesen om svarte hull-stjerner gir en mulig forklaring: Noen av de små røde prikkene kan være yngre, mindre eller mindre lyssterke versjoner av svarte hull som ligger begravd i tykke gasskapper. MoM-BH*-1 kan i så fall være et spesielt tydelig eksempel, fordi det innkapslede svarte hullet kan være lysere enn vertsgalaksen rundt.

Modellen kan også bidra til å forklare hvorfor mange små røde prikker ikke viser målbare røntgenstråler. Et aktivt svart hull som ligger åpent, sender vanligvis ut høyenergetisk stråling. En svært tykk hydrogensky kan imidlertid absorbere eller holde tilbake mye av denne strålingen og omforme den til lys i det synlige og infrarøde området. Dette er en forutsigelse fra modellen – ikke en direkte røntgenmåling av MoM-BH*-1.

Derfor er oppdagelsen ikke bekreftet ennå

Observasjonene viser lyset og spekteret fra objektet, men ikke et separat, direkte bilde av det svarte hullet, gasskappen eller tiltrekkingsstrømmen. Massen til det svarte hullet, formen på gasskappen og energikilden er beregnet ved å teste modeller mot målingene.

Forskerne omtaler derfor scenariet med et innhyllet svart hull som den mest sannsynlige forklaringen – ikke som et endelig bevis på en ny type himmellegeme. Alternative forklaringer, blant annet en ekstremt massiv, metallfri stjerne eller en annen uvanlig struktur av tett gass, er ikke fullstendig utelukket.

Flere spektroskopiske observasjoner med JWST, samt studier av lignende objekter fra det tidlige universet, må til for å teste modellens særegne forutsigelser. Foreløpig er MoM-BH*-1 best beskrevet som en overbevisende kandidat: Den ser ut som en stjerne, har en energiproduksjon som minner mer om et svart hull, og kan gi nye ledetråder til mysteriet med de små røde prikkene.