Fyra par av ”små röda prickar” kan avslöja hur svarta hål växte snabbt

Astronomer har hittat fyra kandidatpar av så kallade ”Little Red Dots” – ”små röda prickar” – genom att analysera infraröda bilder från James Webb-teleskopet pixel för pixel. Metoden kan skilja två närliggande röda kärnor åt även när traditionella analyser riskerar att tolka dem som ett enda kompakt objekt.

Little Red Dots, eller LRD:er, är kompakta och mycket röda objekt som JWST har upptäckt i det tidiga universum. De tros kunna vara aktiva galaxkärnor där svarta hål snabbt samlar på sig materia, men deras exakta natur är fortfarande omdiskuterad. 81

Tecken på att paren verkligen hör ihop

De fyra kandidatparen ligger bara 0,2–1,2 bågsekunder från varandra i bilder från COSMOS-Web. Genom att fokusera på färgen i enskilda pixlar, och samtidigt använda mindre strikta krav på objektens kompakthet, kunde forskarna hitta mycket täta eller delvis sammanblandade konfigurationer. 8

För två av paren upptäckte JWST:s spektrograf COSMOS-3D en emissionslinje vid samma observerade våglängd hos båda medlemmarna. Om de breda linjerna med hög ekvivalent bredd tolkas som H-alfa ger det gemensamma rödförskjutningar på 5,822 respektive 5,464. Det stöder tolkningen att objekten är fysiska grannar, snarare än två oberoende objekt som råkar ligga längs samma siktlinje. 8

De spektroskopiska mätningarna motsvarar projicerade avstånd på 1,64 och 7,36 kiloparsec – ungefär 5 300 respektive 24 000 ljusår. Ljuset från de fyra systemen har färdats i omkring 12,5–12,8 miljarder år innan det nådde oss. 8

Forskarna jämförde också fynden med statistiska simulerade kataloger. Slumpmässiga projektioner längs siktlinjen kan inte enkelt förklara de små avstånden. På små skalor är klustringen av LRD:er omkring 20–30 gånger starkare än vad en extrapolering från JWST:s observerade storskaliga korrelation mellan aktiva galaxkärnor skulle förutsäga. 8

Det gör systemen till plausibla föregångare till framtida galax- och svarta hål-sammanslagningar. Däremot är de inte bekräftade svarta håls-binärer i den sista fasen före en sammansmältning. Att LRD:erna verkligen drivs av ansamlande svarta hål, och när en eventuell sammanslagning skulle ske, behöver undersökas vidare. 81

Varför fyndet är viktigt

Om båda objekten i ett par innehåller svarta hål som aktivt samlar på sig materia kan en framtida galaxkollision föra gas mot den gemensamma kärnan. Det kan i sin tur ge det kvarvarande svarta hålet ännu mer bränsle för snabb tillväxt.

En kombination av upprepade sammanslagningar och ackretion – att materia faller in mot ett svart hål – skulle kunna bidra till att bygga mycket massiva svarta hål under den relativt korta tid som stod till buds efter Big Bang. LRD:er betraktas redan som kandidater till en tidig tillväxtfas för supermassiva svarta hål, men forskarna vet ännu inte vad som främst driver den snabba tillväxten. 81

Sammanslagningar är inte den enda förklaringen

En annan ledande möjlighet är att den höga tillväxttakten framför allt beror på ihållande och ovanligt snabb gasackretion, snarare än på sammanslagningar. Flera modeller och spektroskopiska studier beskriver LRD:er som aktiva galaxkärnor inbäddade i täta, optiskt tjocka gashöljen eller kokonger. Sådana miljöer kan både leverera bränsle till det svarta hålet och påverka objektens röda färg. 32

Förklaringarna utesluter inte varandra. Tät gas kan möjliggöra hög ackretion före, under och efter en galaxkollision. De nuvarande observationerna visar dock inte hur stor andel av de tidiga svarta hålens tillväxt som berodde på respektive process. 83

Fler JWST-bilder kan ge svaret

Om samma pixelbaserade metod används i större och djupare JWST-undersökningar kan astronomer mäta hur ofta LRD:er har nära följeslagare. De kan också studera hur parens frekvens förändras med rödförskjutning och ljusstyrka, och avgöra om sammanslagningar var tillräckligt vanliga för att vara en viktig tillväxtkanal. 8

Sådana mätningar kan dessutom användas för att uppskatta sammanslagningsfrekvenser och massor hos tidiga binära svarta hål. Det skulle förbättra prognoserna för framtida rymdbaserade gravitationsvågsobservatorier, exempelvis LISA och föreslagna detektorer för decihertzområdet. 5

För närvarande är slutsatsen därför försiktig: studien ger starka belägg för ett överskott av täta LRD-par, men den är inte en direkt upptäckt av sammansmältande svarta hål eller deras gravitationsvågor. 8