Fire par av «Little Red Dots» kan være på vei mot sorte hull-sammensmeltinger

Astronomer har funnet fire kandidatpar av såkalte «Little Red Dots» (LRD-er) – små, svært røde objekter som James Webb-teleskopet har observert i det tidlige universet. LRD-ene blir ofte tolket som en tidlig fase i den raske veksten av massive sorte hull, men hva objektene egentlig består av, er fortsatt omdiskutert. 81

Funnene ble gjort ved hjelp av en ny metode som undersøker infrarøde farger piksel for piksel. Det gjør det mulig å skille to røde kjerner som ligger tett sammen, også i tilfeller der tradisjonelle metoder ville ha behandlet dem som ett kompakt objekt. 8

Tegn på at parene hører sammen

De fire kandidatparene ligger mellom 0,2 og 1,2 buesekunder fra hverandre i bilder fra COSMOS-Web. På kosmiske avstander betyr det svært små separasjoner, og den pikselbaserte fargeanalysen gjorde det mulig å identifisere konfigurasjoner der objektene delvis blandes sammen i bildene. 8

For to av parene fant JWST/COSMOS-3D-spektre en emisjonslinje ved samme observerte bølgelengde hos begge medlemmene. Dersom de brede linjene med høy ekvivalentbredde tolkes som H-alfa, får parene felles rødforskyvninger på henholdsvis 5,822 og 5,464. Det taler for at objektene faktisk befinner seg i samme kosmiske miljø, snarere enn at to uavhengige objekter tilfeldigvis ligger på samme siktlinje. 8

De spektroskopiske målingene tilsvarer projiserte avstander på 1,64 og 7,36 kiloparsec – omtrent 5 300 og 24 000 lysår. Lyset fra systemene ble sendt ut for rundt 12,5–12,8 milliarder år siden. 8

Statistiske sammenligninger med simulerte kataloger viser dessuten at tilfeldige siktlinjeprojeksjoner vanskelig kan forklare hvor tett parene ligger. Den beregnede småskala-klumpingen av LRD-er er rundt 20–30 ganger sterkere enn det man får ved å ekstrapolere signalet fra aktive galaksekjerner på større skalaer. 8

Kan dette forklare veksten av supermassive sorte hull?

Dersom begge objektene i et par inneholder et aktivt, materieslukende sort hull, kan en sammensmelting både kombinere massene deres og presse gass inn mot restobjektet. Det kan igjen gi næring til en ny periode med rask akkresjon, altså at det sorte hullet vokser ved å trekke til seg materie. Gjentatte sammensmeltinger kombinert med akkresjon kan være én mulig vei til å bygge opp svært massive sorte hull på relativt kort tid etter Big Bang. 8

Dette er interessant fordi LRD-ene regnes som kandidater til en tidlig vekstfase for supermassive sorte hull, samtidig som mekanismen bak den tilsynelatende raske veksten fortsatt er uklar. 81

Det nye arbeidet viser imidlertid ikke at forskerne allerede har observert sorte hull som er i ferd med å smelte sammen. Resultatet er først og fremst sterke indikasjoner på et uventet stort antall nære LRD-par – mulige forløpere til framtidige galakse- og sort hull-sammensmeltinger. Både tolkningen av LRD-ene som aktive sorte hull og tidspunktet for eventuelle sammensmeltinger må bekreftes med flere observasjoner. 81

Tette gasskyer kan også være en del av forklaringen

En alternativ, eller utfyllende, forklaring er at LRD-ene vokser raskt fordi de gjennomgår vedvarende og uvanlig effektiv gassakkresjon – ikke nødvendigvis fordi sammensmeltinger er den viktigste drivkraften. Flere modeller og spektroskopiske studier beskriver LRD-ene som aktive galaksekjerner innhyllet i tette, optisk tykke gasskonvolutter. Slike gasslag kan både levere drivstoff til det sorte hullet og gjøre lyset rødere slik det framstår for James Webb. 32

Forklaringene utelukker ikke hverandre. Tett gass kan bidra til høy akkresjon før, under og etter en galaksesammensmelting. Dagens observasjoner viser derfor ikke hvor stor del av den tidlige veksten som skyldtes sammensmeltinger, og hvor mye som skyldtes direkte gassakkresjon. 83

Hva større James Webb-undersøkelser kan vise

Ved å bruke den pikselbaserte metoden på bredere og dypere James Webb-undersøkelser kan astronomer måle hvor ofte LRD-er har nære følgesvenner. De kan også undersøke hvordan parandelen varierer med rødforskyvning og lysstyrke, og om sammensmeltinger forekom ofte nok til å være en viktig vekstkanal for tidlige sorte hull. 8

Slike målinger kan gi bedre anslag for sammensmeltingsrater og massene til tidlige par av sorte hull. Det kan igjen forbedre målutvalget og beregningene for framtidige rombaserte gravitasjonsbølgeobservatorier, blant annet LISA og foreslåtte detektorer for desihertz-området. 5

Foreløpig er konklusjonen derfor nøktern: Studien gir gode bevis for et overskudd av nære par av «Little Red Dots», men ikke en direkte observasjon av sorte hull som smelter sammen – og heller ikke av gravitasjonsbølgene fra en slik hendelse. 8