Tre nya spår kan förklara JWST:s ”små röda prickar”

JWST:s så kallade små röda prickar har blivit ett av de tidiga universums stora mysterier. De kompakta, röda objekten tycks ofta hysa svarta hål som redan var förvånansvärt massiva kort efter Big Bang. Tre nya forskningsspår talar för att lösningen kan vara en kombination av flera processer – inte en enda förklaring.

Det gemensamma temat är att vissa svarta hål kan ha fått en ovanligt kraftfull start, för att sedan växa snabbt genom gas och i vissa fall genom sammanslagningar. Det skulle göra de små röda prickarna till möjliga tecken på en intensiv tillväxtfas, men det bevisar inte att hela populationen har ett och samma ursprung.

Tunga frön – utan att vara helt ursprungliga

En teoretisk idé är att relativt måttliga överdensiteter av mörk materia mycket tidigt kunde samla gas. Vid den tiden var den kosmiska mikrovågsbakgrunden fortfarande varm. Strålningen kan då ha motverkat att gasen kyldes ned, splittrades upp och bildade vanliga stjärnor.

I stället skulle gasen kunna kollapsa direkt till svarta hål innan några stjärnpopulationer hunnit bildas. Det är inte samma sak som ett ursprungligt svart hål, som i sådana modeller skulle ha skapats nästan omedelbart efter Big Bang. Processen skulle i stället inträffa senare, men ändå före de vanliga svarta hål som bildas när massiva stjärnor dör. 8

Vinsten är ett betydligt större startfrö. Det minskar tidsproblemet: hur kunde vissa svarta hål bli så massiva så snabbt i det unga universum? Men detta är än så länge en föreslagen mekanism, inte en direkt observation av ett sådant frö. 8

Täta par kan ge sammanslagningar en roll

I COSMOS-Web-materialet har forskare identifierat fyra kandidatpar av små röda prickar. Deras projicerade vinkelseparationer är 0,2–1,2 bågsekunder, vilket pekar mot ett överskott av mycket nära par på himlen. 14

Om framtida spektroskopiska observationer visar att båda objekten i varje par verkligen ligger på samma rödförskjutning – och att de båda innehåller växande svarta hål – kan galaxinteraktioner vara en viktig del av bilden. När galaxer möts kan gas ledas in mot deras centrum, mata de svarta hålen och till sist bidra till att de svarta hålen går samman.

Här behövs dock försiktighet. Ett kandidatpar är inte automatiskt två fysiskt bundna objekt. Att de råkar ligga nära varandra i samma bild, att de verkligen hör ihop i rymden och att deras svarta hål till slut smälter samman är tre skilda frågor som ännu måste avgöras. 14

MoM-BH*-1: ett svart hål som ser stjärnlikt ut

Det föreslagna objektet MoM-BH-1* visar hur ett snabbt växande svart hål kan se ut som en liten, röd och nästan stjärnlik källa. Forskarna bedömer att spektrumet bäst förklaras av ett tätt gashölje som energisätts av ett centralt, ackreterande svart hål – inte av vanlig kärnfusion som i en stjärna. 1

I modellen är det centrala svarta hålet omkring 100 000 gånger solens massa. Runt det finns en enorm, tät kokong av vätegas i ungefär solsystemsskala. 1 Det skulle redan från början vara ett tungt frö, snarare än ett svart hål som vuxit fram ur en enskild vanlig stjärna.

En kombination kan vara svaret

Sammantaget skissar resultaten en möjlig väg till supermassiva svarta hål i rekordfart:

1. Ovanligt tunga startfrön ger ett försprång.
2. Långvarig, eventuellt skymd snabb gasackretion bygger massa effektivt.
3. Sammanslagningar, särskilt i växelverkande galaxer, kan ge ytterligare tillväxt.

Det är mindre drastiskt än att förutsätta en enorm mängd svarta hål som uppstod i Big Bangs allra första ögonblick. Men även detta scenario kräver sällsynta förhållanden i det unga universum: miljöer där vanlig stjärnbildning hämmas samtidigt som gas koncentreras effektivt.

Den viktigaste reservationen är att resultaten kompletterar varandra, men ännu befinner sig i olika mognadsstadier. Modellen för ”inte riktigt ursprungliga” svarta hål är teoretisk, de täta paren behöver bekräftas och MoM-BH*-1 kan representera en viss typ av små röda prickar – inte nödvändigtvis hela gruppen. 8141