System istniał, gdy Wszechświat miał zaledwie 1,3 miliarda lat (około 10% jego obecnego wieku) .

Dlaczego wcześniejsze teleskopy go nie widziały?

LID-1166 został początkowo zidentyfikowany jako źródło promieniowania rentgenowskiego w przeglądzie Chandra COSMOS Legacy Survey. Jednak pozostawał całkowicie niewidoczny na najgłębszych zdjęciach Teleskopu Hubble’a . Czarne dziury są bowiem ukryte w gęstym gazie i pyle, które blokują światło widzialne i bliską podczerwień.

Przełom nastąpił dzięki wykorzystaniu spektrografu NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) na JWST. NIRSpec ujawnił dwa zwarte, świecące źródła, oddalone od siebie o 4900 lat świetlnych. Każde z nich wykazywało spektralne sygnatury gazu wirującego z ogromną prędkością – to niezaprzeczalny dowód na istnienie aktywnych supermasywnych czarnych dziur .

Współautor badania, Roberto Decarli, skomentował: „Ten krok odkrycia był możliwy tylko dzięki niesamowitym możliwościom obrazowania i spektroskopii JWST, a w szczególności jego instrumentu NIRSpec. Podobne obserwacje z Ziemi byłyby niezwykle trudne ze względu na słabą przepuszczalność atmosfery na tych długościach fal.”

Rola ALMA: Kluczowy dowód na łączenie galaktyk

Dodatkowych danych dostarczyło Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). Teleskop ten wykrył ogromne ilości zimnego gazu wokół każdej z czarnych dziur. Decarli wyjaśnia, że „wskazuje to, iż obie czarne dziury znajdują się w centrach dwóch galaktyk, które są na granicy połączenia.” Obecność zimnego gazu wokół każdej z czarnych dziur pozwoliła wykluczyć egzotyczne scenariusze alternatywne i potwierdzić, że mamy do czynienia z prawdziwym, bogatym w gaz połączeniem galaktyk .

J0148-4214: Pierwsza galaktyka z trzema aktywnymi czarnymi dziurami

Równocześnie, w tym samym numerze czasopisma Astronomy & Astrophysics, inny zespół – pod kierownictwem Hannah Übler z Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics – ogłosił drugie, równie spektakularne odkrycie .

W galaktyce J0148-4214, oddalonej o ponad 12,5 miliarda lat świetlnych od Ziemi (przesunięcie ku czerwieni z=5,0167, czyli ok. 1,2 miliarda lat po Wielkim Wybuchu), naukowcy zidentyfikowali trzy aktywnie akreujące supermasywne czarne dziury .

Układ trzech czarnych dziur

Dwie z nich znajdują się blisko centrum galaktyki, oddalone od siebie o zaledwie 620 lat świetlnych. Oznacza to, że są na skraju połączenia. Trzecia czarna dziura znajduje się dalej, na obrzeżach galaktyki, około 5500 lat świetlnych od centrum .

Metoda detekcji

Zespół Übler wykorzystał spektrograf NIRSpec JWST w trybie Integral Field Unit (NIRSpec-IFU). Ta technika, zwana spektroskopią z rozdzielczością przestrzenną, dostarcza widma dla każdego piksela obrazu. Każdą z czarnych dziur zidentyfikowano na podstawie szerokiej linii emisyjnej H-alfa (szerokość połówkowa 430–2920 km/s) bez towarzyszących jej linii z „zakazanych” przejść – to sygnatura gazu krążącego wokół masywnej czarnej dziury .

Znaczenie odkrycia

To pierwszy dowód na istnienie trzech aktywnych supermasywnych czarnych dziur w jednej galaktyce w odległym Wszechświecie . Übler podkreśla: „Sugeruje to, że procesy we wczesnym Wszechświecie były bardzo wydajne w zbliżaniu do siebie masywnych czarnych dziur, przygotowując grunt pod łączenia, których spodziewamy się wykryć za pomocą przyszłych obserwatoriów fal grawitacyjnych.” Masy tych obiektów szacuje się na od kilku milionów do około 80 milionów mas Słońca .

Wnioski: Nowy obraz wczesnego Wszechświata

Oba odkrycia razem malują obraz młodego, dynamicznego Wszechświata, w którym supermasywne czarne dziury rosły w zawrotnym tempie poprzez częste łączenia i interakcje w galaktykach bogatych w gaz. JWST, dzięki swojej niespotykanej czułości w podczerwieni, ujawnia pary i tria czarnych dziur, które były całkowicie niewidoczne dla poprzednich teleskopów.

Podsumowując:

• System LID-1166: Najbliższa para aktywnych supermasywnych czarnych dziur we wczesnym Wszechświecie (dzieli je 4900 lat świetlnych). Odkryta dzięki JWST i ALMA .
• Galaktyka J0148-4214: Pierwszy potwierdzony przypadek trzech aktywnych supermasywnych czarnych dziur w jednej galaktyce w odległym kosmosie. Dwie z nich są na granicy połączenia .

System istniał, gdy Wszechświat miał zaledwie 1,3 miliarda lat (około 10% jego obecnego wieku) .

Dlaczego wcześniejsze teleskopy go nie widziały?

LID-1166 został początkowo zidentyfikowany jako źródło promieniowania rentgenowskiego w przeglądzie Chandra COSMOS Legacy Survey. Jednak pozostawał całkowicie niewidoczny na najgłębszych zdjęciach Teleskopu Hubble’a . Czarne dziury są bowiem ukryte w gęstym gazie i pyle, które blokują światło widzialne i bliską podczerwień.

Przełom nastąpił dzięki wykorzystaniu spektrografu NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) na JWST. NIRSpec ujawnił dwa zwarte, świecące źródła, oddalone od siebie o 4900 lat świetlnych. Każde z nich wykazywało spektralne sygnatury gazu wirującego z ogromną prędkością – to niezaprzeczalny dowód na istnienie aktywnych supermasywnych czarnych dziur .

Współautor badania, Roberto Decarli, skomentował: „Ten krok odkrycia był możliwy tylko dzięki niesamowitym możliwościom obrazowania i spektroskopii JWST, a w szczególności jego instrumentu NIRSpec. Podobne obserwacje z Ziemi byłyby niezwykle trudne ze względu na słabą przepuszczalność atmosfery na tych długościach fal.”

Rola ALMA: Kluczowy dowód na łączenie galaktyk

Dodatkowych danych dostarczyło Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). Teleskop ten wykrył ogromne ilości zimnego gazu wokół każdej z czarnych dziur. Decarli wyjaśnia, że „wskazuje to, iż obie czarne dziury znajdują się w centrach dwóch galaktyk, które są na granicy połączenia.” Obecność zimnego gazu wokół każdej z czarnych dziur pozwoliła wykluczyć egzotyczne scenariusze alternatywne i potwierdzić, że mamy do czynienia z prawdziwym, bogatym w gaz połączeniem galaktyk .

J0148-4214: Pierwsza galaktyka z trzema aktywnymi czarnymi dziurami

Równocześnie, w tym samym numerze czasopisma Astronomy & Astrophysics, inny zespół – pod kierownictwem Hannah Übler z Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics – ogłosił drugie, równie spektakularne odkrycie .

W galaktyce J0148-4214, oddalonej o ponad 12,5 miliarda lat świetlnych od Ziemi (przesunięcie ku czerwieni z=5,0167, czyli ok. 1,2 miliarda lat po Wielkim Wybuchu), naukowcy zidentyfikowali trzy aktywnie akreujące supermasywne czarne dziury .

Układ trzech czarnych dziur

Dwie z nich znajdują się blisko centrum galaktyki, oddalone od siebie o zaledwie 620 lat świetlnych. Oznacza to, że są na skraju połączenia. Trzecia czarna dziura znajduje się dalej, na obrzeżach galaktyki, około 5500 lat świetlnych od centrum .

Metoda detekcji

Zespół Übler wykorzystał spektrograf NIRSpec JWST w trybie Integral Field Unit (NIRSpec-IFU). Ta technika, zwana spektroskopią z rozdzielczością przestrzenną, dostarcza widma dla każdego piksela obrazu. Każdą z czarnych dziur zidentyfikowano na podstawie szerokiej linii emisyjnej H-alfa (szerokość połówkowa 430–2920 km/s) bez towarzyszących jej linii z „zakazanych” przejść – to sygnatura gazu krążącego wokół masywnej czarnej dziury .

Znaczenie odkrycia

To pierwszy dowód na istnienie trzech aktywnych supermasywnych czarnych dziur w jednej galaktyce w odległym Wszechświecie . Übler podkreśla: „Sugeruje to, że procesy we wczesnym Wszechświecie były bardzo wydajne w zbliżaniu do siebie masywnych czarnych dziur, przygotowując grunt pod łączenia, których spodziewamy się wykryć za pomocą przyszłych obserwatoriów fal grawitacyjnych.” Masy tych obiektów szacuje się na od kilku milionów do około 80 milionów mas Słońca .

Wnioski: Nowy obraz wczesnego Wszechświata

Oba odkrycia razem malują obraz młodego, dynamicznego Wszechświata, w którym supermasywne czarne dziury rosły w zawrotnym tempie poprzez częste łączenia i interakcje w galaktykach bogatych w gaz. JWST, dzięki swojej niespotykanej czułości w podczerwieni, ujawnia pary i tria czarnych dziur, które były całkowicie niewidoczne dla poprzednich teleskopów.

Podsumowując:

• System LID-1166: Najbliższa para aktywnych supermasywnych czarnych dziur we wczesnym Wszechświecie (dzieli je 4900 lat świetlnych). Odkryta dzięki JWST i ALMA .
• Galaktyka J0148-4214: Pierwszy potwierdzony przypadek trzech aktywnych supermasywnych czarnych dziur w jednej galaktyce w odległym kosmosie. Dwie z nich są na granicy połączenia .