JWST avslører sorte hull som aldri før: Både et rekordnært par og en trio i det tidlige universet

Hvorfor tidligere teleskoper ikke så det: LID-1166 ble først oppdaget som en røntgenkilde i Chandra COSMOS Legacy-undersøkelsen, men forble helt usynlig selv i de dypeste bildene fra Hubble Space Telescope . De sorte hullene er begravd i tett gass og støv som blokkerer synlig og nær-infrarødt lys .

JWSTs viktigste verktøy: Teamet, ledet av Hyewon Suh ved NSF NOIRLab, brukte JWSTs Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec) . NIRSpec avslørte to kompakte, lysende kilder med 4 900 lysårs mellomrom, der hver av dem hadde spektrale signaturen av gass som virvler i høy hastighet – dette er utvetydige tegn på aktive supermassive sorte hull, såkalte aktive galaksekjerner (AGN) . Medforfatter Roberto Decarli uttalte: 'Dette trinnet i oppdagelsen var bare mulig takket være JWSTs enestående bilde- og spektroskopikapasitet, og spesielt instrumentet NIRSpec. Lignende observasjoner fra bakken ville vært ekstremt vanskelige på grunn av atmosfærens dårlige gjennomsiktighet ved disse bølgelengdene.'

Hva ALMA viste: Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) oppdaget store mengder kald gass knyttet til hvert av de sorte hullene . Decarli påpekte at dette 'tyder på at de to AGN-ene befinner seg i sentrum av to galakser som er i ferd med å smelte sammen.' Tilstedeværelsen av et kaldt, gassrikt miljø rundt hvert sort hull bidro til å utelukke alternative, eksotiske dannelsesscenarier og bekreftet at dette er en ekte, gassrik galaksekollisjon . Studien er akseptert for publisering i Nature Astronomy (fortrykk arXiv:2607.19491) .

En helt ny type funn: Tre aktive sorte hull i én galakse

En parallell studie, ledet av Hannah Übler ved Max Planck-instituttet for utenomjordisk fysikk, identifiserte tre aktivt voksende supermassive sorte hull i galaksen J0148-4214 . Galaksen befinner seg mer enn 12,5 milliarder lysår fra Jorden (rødforskyvning z=5,0167), noe som tilsvarer omtrent 1,2 milliarder år etter Big Bang .

Konfigurasjonen av trioet: To av de sorte hullene ligger tett sammen i galaksens sentrum, med en avstand på bare 620 lysår i projeksjon, noe som tyder på at de er i ferd med å smelte sammen. Et tredje sort hull befinner seg lenger ute i galaksens ytre region, omtrent 5 500 lysår fra sentrum . Massene varierer fra noen få millioner til omtrent 80 millioner solmasser .

Deteksjonsmetode: Teamet brukte JWSTs NIRSpec i Integral Field Unit-modus (NIRSpec-IFS) – romlig oppløst spektroskopi – for å oppdage de sorte hullene gjennom deres spektrale fingeravtrykk. Hvert hull ble identifisert ved bred H-alfa-emisjon (FWHM 430–2 920 km/s) uten en tilhørende forbudt linje, en klar signatur av gass som kretser rundt et massivt sort hull .

Dette er ** første gang tre aktive supermassive sorte hull er påvist i én galakse i det fjerne universet** . Übler sa: 'Det tyder på at prosesser i det tidlige universet var effektive til å bringe massive sorte hull sammen, noe som legger grunnlaget for de massive sorte hull-kollisjonene vi forventer å oppdage med fremtidige gravitasjonsbølgeobservatorier.' Studien ble publisert i Astronomy & Astrophysics som en del av BlackTHUNDER-prosjektet .

Hva disse oppdagelsene betyr

Til sammen gir de to resultatene et nytt vindu inn i en kritisk fase av kosmisk historie. De viser at supermassive sorte hull ikke bare fantes, men at de var aktive og smeltet sammen i gassrike miljøer mindre enn 1,5 milliarder år etter Big Bang. JWSTs evne til å se gjennom støv – ved hjelp av infrarødt lys som kortere bølgelengder ikke trenger gjennom – har vært nøkkelen til å avsløre disse skjulte systemene. Som studien av LID-1166 påpeker, var tidligere teleskoper som Hubble blinde for disse objektene, som er innhyllet i den samme gassen og støvet som gir dem næring .