MoM-BH*-1 może być „gwiazdą czarnej dziury” z początków Wszechświata

Jak wygląda proponowany model

W tym scenariuszu czarna dziura o masie około 100 tysięcy mas Słońca szybko pochłania otaczającą materię. Opadający gaz uwalnia energię grawitacyjną i rozgrzewa gęstą otoczkę wokół centralnego obiektu. Powstaje w ten sposób przypominająca gwiazdę „pseudofotosfera”, przez co cały układ wygląda jak zwarte, jasne i czerwone źródło — mimo że jego głównym silnikiem nie jest fuzja jądrowa, lecz akrecja.

Modele łączące akreującą czarną dziurę z gęstą otoczką wodorową lepiej od prostego wyjaśnienia gwiazdowego odtwarzają jasność i barwę MoM-BH*-1. Według dostępnych opisów badania gaz może rozciągać się na skalach porównywalnych z rozmiarami Układu Słonecznego, choć dokładna struktura zależy od przyjętego modelu.

Czerwony wygląd obiektu również nie musi wynikać z obecności pyłu. Promieniowanie centralnej czarnej dziury może być pochłaniane, rozpraszane i ponownie emitowane przez otaczający gaz. W rezultacie światło wydostające się na zewnątrz przesuwa się ku dłuższym, bardziej czerwonym falom.

Związek z „małymi czerwonymi kropkami” JWST

James Webb odkrył wiele niewielkich, czerwonych i jasnych źródeł z wczesnego Wszechświata, nazywanych „małymi czerwonymi kropkami” (little red dots). Ich zwarty wygląd i nietypowe widma utrudniają ustalenie, czym dokładnie są. MoM-BH*-1 jest szczególnie interesujący, ponieważ emisja napędzana przez hipotetyczną czarną dziurę może dominować nad światłem galaktyki macierzystej, ułatwiając badanie mechanizmu zasilającego obiekt.

Jeśli podobna akrecja przesłonięta gazem zachodzi także w mniej odizolowanych układach, wiele słabszych „małych czerwonych kropek” może być podobnymi obiektami osadzonymi w młodych galaktykach. Nie musiałyby więc stanowić jednej konwencjonalnej populacji gwiazd. Mogłyby być szybko rosnącymi czarnymi dziurami, których gęste gazowe kokony sprawiają, że w obserwacjach w podczerwieni wyglądają jak gwiazdy.

Taka możliwość ma znaczenie także dla pytania, jak bardzo masywne czarne dziury mogły powstać tak wcześnie w historii kosmosu. Gęsta otoczka mogła umożliwiać szybki przyrost masy czarnej dziury, ale sam MoM-BH*-1 nie pokazuje jeszcze pełnej historii powstawania późniejszych supermasywnych czarnych dziur.

Dlaczego może nie być widoczny w promieniach rentgenowskich

Naga lub stosunkowo nieprzesłonięta akreująca czarna dziura powinna emitować silne promieniowanie wysokoenergetyczne. Gruba otoczka gazowa zmienia jednak to, co może wydostać się z układu. Promienie rentgenowskie powstające blisko czarnej dziury mogą być wielokrotnie pochłaniane lub rozpraszane wewnątrz powłoki, a część ich energii może zostać przekształcona w promieniowanie o niższej energii — ultrafioletowe i podczerwone.

To stanowi wiarygodne wyjaśnienie, dlaczego MoM-BH*-1 i podobne „małe czerwone kropki” mogą być jasne w podczerwonych obserwacjach JWST, a jednocześnie słabe albo niewykrywalne w promieniach rentgenowskich. Jest to jednak interpretacja zgodna z modelami czarnych dziur przesłoniętych gazem, a nie bezpośredni pomiar potwierdzający, że każdy brakujący foton rentgenowski został przetworzony właśnie w ten sposób.

Dlaczego „gwiazda czarnej dziury” nie jest jeszcze potwierdzoną klasą obiektów

Hipoteza opiera się na dowodach pośrednich. JWST zmierzył światło docierające od źródła, ale nie sfotografował bezpośrednio czarnej dziury wewnątrz gazowej otoczki. Obecne widmo nie zawiera też pojedynczej cechy, która jednoznacznie wykluczałaby wszystkie alternatywne wyjaśnienia.

Nadal trzeba sprawdzić inne możliwości — między innymi układy łączące zwartą galaktykę, nietypowy gaz, pył, populacje gwiazd i przesłoniętą aktywność czarnej dziury. Obecne dane sprawiają, że model „gwiazdy czarnej dziury” jest silnym kandydatem, ale „najlepsze wyjaśnienie” nie oznacza jeszcze definitywnej identyfikacji.

Kolejne obserwacje JWST mogą poszukiwać przewidywanych cech widmowych, dokładniej określić gęstość i skład gazu, zmierzyć rozmiar źródła, sprawdzić jego zmienność oraz porównać MoM-BH*-1 z większą próbką „małych czerwonych kropek”. Wyniki pokażą, czy mamy do czynienia z rzadkim obiektem przejściowym, czy z przedstawicielem szerszej populacji czarnych dziur otoczonych gazem w epoce kosmicznego świtu.

Najważniejszy wniosek

MoM-BH*-1 najlepiej traktować jako kandydata na „gwiazdę czarnej dziury”: czarną dziurę o masie około 100 tysięcy mas Słońca, która szybko pochłania materię, a jej gęsta, wodorowa otoczka sprawia, że cały układ świeci jak olbrzymia czerwona gwiazda. Ekstremalna jasność i nietypowe cechy linii Balmera przemawiają za tą interpretacją, a ta sama otoczka może wyjaśniać czerwony kolor oraz słaby sygnał rentgenowski. Na tym etapie jest to jednak wniosek wynikający z modelu, a nie potwierdzenie nowej klasy ciał niebieskich.