Ny bild från JWST avslöjar två svarta hål i närkamp – och en unik trio i det tidiga universum

Rymdteleskopet James Webb (JWST) har gjort två banbrytande upptäckter om supermassiva svarta hål i det tidiga universum. Dels har man funnit ett mycket närliggande par av svarta hål som aktivt växer, dels – helt separat – en sällsynt trio av aktiva svarta hål i en enda galax. Tillsammans målar fynden upp en bild av ett ungt kosmos där svarta hål växte snabbt genom täta sammanslagningar och gasrika interaktioner – och där JWST:s infraröda känslighet nu avslöjar objekt som var helt osynliga för äldre teleskop.

Det bekräftade närmaste paret: LID-1166

Systemet som kallas LID-1166 innehåller två aktivt växande supermassiva svarta hål separerade av cirka 4 900 ljusår (1,5 kiloparsek) . Detta är det hittills bekräftat närmaste dubbla aktiva svarta hål-systemet i det tidiga universum . Systemet ses som det såg ut när universum var endast 1,3 miljarder år gammalt – ungefär 10 % av sin nuvarande ålder .

Varför tidigare teleskop missade det: LID-1166 flaggades först som en röntgenkälla i Chandra COSMOS Legacy Survey, men förblev helt oupptäckt i även de djupaste bilderna från rymdteleskopet Hubble . De svarta hålen är begravda i tät gas och damm som blockerar synligt och nära-infrarött ljus .

JWST:s instrument i centrum: Teamet, lett av Hyewon Suh vid NSF NOIRLab, använde JWST:s Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec) . NIRSpec avslöjade två kompakta, glödande källor separerade av 4 900 ljusår, där varje källa visade spektrala signaturer av gas som virvlar i hög hastighet – otvetydiga tecken på aktivt växande supermassiva svarta hål (aktiva galaxkärnor, eller AGN) . Medförfattaren Roberto Decarli sade: ”Detta steg i upptäckten kunde bara ske tack vare JWST:s utsökta bild- och spektroskopiska förmåga, och i synnerhet dess instrument NIRSpec. Liknande observationer från marken skulle vara extremt utmanande på grund av atmosfärens dåliga genomskinlighet vid dessa våglängder.”

Vad ALMA tillförde: Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) detekterade stora mängder kall gas förknippad med varje aktiv galaxkärna . Decarli noterade att detta ”pekar på att de två aktiva galaxkärnorna befinner sig i centrum av två galaxer på väg att slås samman.” Närvaron av en kall gasrik galaktisk omgivning runt varje svart hål bidrog till att utesluta exotiska alternativa bildningsscenarier och bekräftade en äkta gasrik galaxsammanslagning . Studien har accepterats för publicering i Nature Astronomy (förpublicering arXiv:2607.19491) .

En separat först: Tre aktiva svarta hål i en galax

En samtidig studie, ledd av Hannah Übler vid Max Planck-institutet för utomjordisk fysik, identifierade tre aktivt ackreterande supermassiva svarta hål inom den enskilda galaxen J0148-4214 . Galaxen ligger mer än 12,5 miljarder ljusår från jorden (rödförskjutning z=5,0167), vilket motsvarar ungefär 1,2 miljarder år efter Big Bang .

Trippelns konfiguration: Två av de svarta hålen ligger nära varandra i galaxens centrum, separerade med endast 620 ljusår i projektion, vilket tyder på att de är på väg att slås samman. Ett tredje svart hål finns längre ut i galaxens yttre region, omkring 5 500 ljusår från centrum . Massorna sträcker sig från några miljoner till omkring 80 miljoner solmassor .

Upptäcktsmetod: Teamet använde JWST:s NIRSpec i Integral Field Unit-läge (NIRSpec-IFS) – rumsligt upplöst spektroskopi – för att detektera de svarta hålen genom deras spektrala fingeravtryck. Varje svart hål identifierades genom bred H-alfa-emission (FWHM 430–2 920 km/s) utan motsvarighet i förbjudna linjer, en tydlig signatur från gas som kretsar kring ett massivt svart hål .

Detta är den första observationen av tre aktiva supermassiva svarta hål i en enda galax i det avlägsna universum . Übler sade: ”Det tyder på att processer i det tidiga universum var effektiva när det gällde att föra samman massiva svarta hål, vilket lade grunden för de massiva svarta hålssammanslagningar som vi förväntar oss att upptäcka med framtida gravitationsvågsobservatorier.” Studien publicerades i Astronomy & Astrophysics som en del av BlackTHUNDER-projektet .

Vad dessa upptäckter innebär

Tillsammans ger de båda resultaten ett nytt fönster in i en kritisk fas av den kosmiska historien. De visar att supermassiva svarta hål inte bara fanns utan också aktivt slogs samman och växte i gasrika miljöer mindre än 1,5 miljarder år efter Big Bang. JWST:s förmåga att se genom damm – med hjälp av infrarött ljus som kortare våglängder inte kan tränga igenom – har varit nyckeln till att avslöja dessa dolda system av svarta hål. Som studien av LID-1166 noterar var äldre teleskop som Hubble blinda för dessa objekt, som är insvepta i just den gas och det damm som föder dem .