Tre studier kan forklare JWSTs «små røde prikker» og tidlige sorte hull

JWST har funnet overraskende mange kompakte, rødlige lyskilder i det unge universet – de såkalte «små røde prikkene» (little red dots). Flere av dem ser ut til å romme sorte hull som allerede var svært massive kort tid etter Big Bang. Tre ferske forskningsspor peker mot en mulig forklaring som ikke krever at enorme mengder sorte hull ble dannet i universets aller første øyeblikk.

Bildet som tegner seg, er sammensatt: Noen sorte hull kan ha begynt med uvanlig store «frø», for så å vokse gjennom kraftig tilførsel av gass og, i enkelte tilfeller, sammenslåinger. Det kan gjøre de små røde prikkene til synlige tegn på en kort og intens vekstfase. Men forskningen viser foreløpig ikke at alle slike objekter har samme opphav.

Nakne, men ikke helt urtidlige, frø

En teoretisk studie foreslår en mellomløsning mellom vanlige sorte hull fra døde stjerner og hypotetiske ur-sorte-hull. Små overtettheter av mørk materie kan ha samlet gass svært tidlig. Da var den kosmiske mikrobølgebakgrunnen – ettergløden fra Big Bang – fortsatt varm nok til å gjøre det vanskelig for gassen å kjøle seg ned, dele seg opp og danne vanlige stjerner.

I stedet kan gassen ha kollapset direkte til sorte hull før de første stjernepopulasjonene rakk å formes. Slike frø ville ikke være «primordiale» i streng forstand, altså dannet helt i begynnelsen av universet, men de ville oppstå tidligere enn sorte hull som stammer fra vanlige stjerner. Et større utgangspunkt gjør det lettere å forklare hvordan kvasarer kunne få enorme sorte hull så raskt. Foreløpig er dette en foreslått mekanisme, ikke en direkte observasjon av et slikt frø. 8

Tette par kan gi ekstra vekst

En analyse fra COSMOS-Web-materialet fant fire kandidatpar av små røde prikker, med projiserte vinkelavstander på 0,2–1,2 buesekunder. Det kan tyde på at objektene er oftere samlet på små skalaer enn forventet. 14

Dersom spektroskopi bekrefter at begge komponentene i hvert par ligger på samme rødforskyvning og inneholder aktive, akkretende sorte hull, kan galakseinteraksjoner føre til at kjernene nærmer seg hverandre. Slike møter kan drive gass inn mot sentrum, sette fart på veksten og på sikt føre til at de sorte hullene smelter sammen.

Det er likevel viktig å skille mellom flere ledd i denne kjeden. Foreløpig er dette kandidatpar: en tilsynelatende nær plassering på himmelen er ikke det samme som fysisk forbindelse, og fysisk forbindelse er ikke det samme som en framtidig sammenslåing av sorte hull. 14

MoM-BH*-1: Et sort hull som ser stjernelignende ut

Det foreslåtte objektet MoM-BH*-1 viser hvordan et raskt voksende sort hull kan ligne en kompakt, rød og stjernelignende kilde. Spekteret forklares best av en tett gasskappe som varmes opp av et sentralt, akkretende sort hull, snarere enn av normal kjernefysisk fusjon slik vi ser i stjerner. 1

I modellen har det sentrale sorte hullet en masse på rundt 100 000 solmasser. Det er omsluttet av en enorm og tett hydrogengasskokong, omtrent på størrelse med solsystemet. 1 Det er med andre ord allerede et tungt frø, ikke et sort hull som nettopp er oppstått etter én vanlig stjernes død.

En kombinasjon kan være nøkkelen

Samlet peker studiene mot tre vekstforsterkere i det tidlige universet:

• tunge startfrø
• vedvarende, muligens skjult, rask gassakkresjon
• vekst drevet av sammenslåinger

Denne forklaringen er mindre radikal enn å anta en enorm bestand av sorte hull skapt helt i starten av Big Bang. Den krever likevel sjeldne forhold i det unge universet: miljøer der vanlig stjernedannelse ble undertrykt, samtidig som store mengder gass kunne samles effektivt.

Forsiktighet er fortsatt nødvendig. Modellen for de «ikke helt urtidlige» frøene er teoretisk, kandidatparene trenger bekreftelse, og MoM-BH*-1 kan representere én type små røde prikker – ikke hele populasjonen. 8141