MoM-BH*-1 kan vara ett svart hål dolt i ett stjärnlikt gasmoln

MoM-BH*-1 är en ovanligt ljusstark och kompakt röd ljuskälla som observerats med James Webb-teleskopet (JWST) inom undersökningen Mirage eller Miracle. Ljuset skickades ut när universum bara var omkring 660 miljoner år gammalt. Objektet verkar stråla med en energi motsvarande ungefär 100 miljarder solar.

Den ledande tolkningen är att det kan röra sig om en ”svart håls-stjärna”: ett växande svart hål som är inbäddat i ett tätt hölje av vätegas. Gasen får objektet att se ut som en enorm stjärna, trots att den huvudsakliga energikällan skulle vara materia som faller in mot det svarta hålet – inte kärnfusion.

Därför liknar MoM-BH*-1 inte en vanlig stjärna

Astronomerna har inte fotograferat ett svart hål direkt. I stället har de jämfört JWST:s mätningar av objektets ljusstyrka, färg och spektrum med modeller för olika möjliga energikällor.

Flera egenskaper gör en vanlig stjärnförklaring svår:

• Energimängden är extrem. Objektet verkar avge omkring 100 miljarder gånger mer energi än en känd stjärna – långt mer än vad vanlig kärnfusion rimligen kan leverera.
• Spektrumet har ett ovanligt starkt Balmerbrott. Det uppmätta brottet är cirka 7,7. Det överstiger gränsen för en vanlig, dammfri stjärnpopulation och även det värde som förväntas från en population dominerad av A-stjärnor.
• Objektet är mycket rött utan tydliga tecken på stoft. Spektrumet innehåller mycket få tecken på grundämnen tyngre än väte och helium, vilket gör att stoft som färgar ljuset rött framstår som en mindre naturlig förklaring.
• Det är kompakt, men enormt i stjärnmått mätt. Det ljusutsändande gashöljet beräknas vara ungefär lika stort som solsystemet, inte som en konventionell stjärna.

Sammantaget pekar observationerna mot en ovanlig, tät miljö där ljus både produceras och omvandlas innan det når oss – snarare än mot en samling normala stjärnor.

Så fungerar modellen med en ”svart håls-stjärna”

I modellen består MoM-BH*-1 av ett svart hål med en uppskattad massa på omkring 100 000 solar, omgivet av ett tjockt och nästan metallfritt hölje av väte.

När gas faller in mot det svarta hålet omvandlas gravitationsenergi till strålning. I ett tillräckligt tätt hölje skulle den hårda strålning som normalt förknippas med en synlig ackretionsskiva inte kunna ta sig ut direkt. Gasen skulle i stället absorbera, sprida och omfördela energin innan den släpptes ut vid längre våglängder.

Resultatet skulle bli en pseudofotosfär – en sval och röd, stjärnliknande yta runt en betydligt mer energirik central motor. En sådan struktur kan förklara både objektets stjärnlika utseende och dess enorma energiflöde. Det täta vätet kan dessutom bidra till det ovanligt djupa Balmerbrottet i spektrumet.

Kan modellen förklara James Webbs ”små röda prickar”?

JWST har hittat många kompakta, röda objekt i det unga universum. De kallas ofta ”little red dots”, eller ”små röda prickar”, och deras ringa storlek och ovanliga spektrum har gjort det svårt att avgöra vad de egentligen är.

Hypotesen om svarta håls-stjärnor erbjuder en möjlig koppling: vissa av de små röda prickarna kan vara yngre, mindre eller mindre ljusstarka varianter av svarta hål som ligger begravda i tjocka gashöljen. MoM-BH*-1 skulle då vara ett särskilt tydligt exempel, eftersom det inbäddade svarta hålet kan överglänsa hela den omgivande värdgalaxen.

Modellen kan också bidra till att förklara varför många små röda prickar inte visar några mätbara röntgenstrålar. Ett aktivt svart hål som ligger öppet brukar producera högenergetisk strålning, men ett mycket tjockt vätehölje kan absorbera eller hålla kvar en stor del av den och i stället omvandla den till optiskt och infrarött ljus. Det är en förutsägelse från modellen – inte en direkt röntgenmätning av MoM-BH*-1.

Varför upptäckten ännu inte är bekräftad

Observationerna visar objektets ljus och spektrum – inte ett separat avbildat svart hål, gashölje eller inflöde av materia. Uppskattningarna av det svarta hålets massa, gasens geometri och energikällan bygger på att olika fysikaliska modeller jämförs med observationerna.

Forskarna beskriver därför scenariot med ett inbäddat svart hål som den mest sannolika förklaringen, inte som ett definitivt bevis på en ny typ av himlakropp. Alternativ, däribland en extremt massiv, metallfri stjärna eller någon annan ovanlig konfiguration av tät gas, har ännu inte kunnat uteslutas helt.

Fler spektroskopiska observationer med JWST och studier av liknande objekt i det unga universum behövs för att testa modellens särskilda förutsägelser. För närvarande är MoM-BH*-1 bäst beskrivet som en övertygande kandidat – ett objekt som ser ut som en stjärna, energimässigt beter sig mer som ett svart hål och kanske kan hjälpa astronomerna att förstå de många små röda prickarna i James Webbs djupa bilder.