James Webb zachytil objekt, aký astronómovia nepoznajú. Vyzerá ako obrovská hviezda, no vnútri môže ukrývať čiernu dieru
Vesmírny teleskop Jamesa Webba zachytil objekt MoM-BH-1*, ktorý môže byť „hviezdou s čiernou dierou“ – čiernou dierou ukrytou v hustom obale vodíka.
Vzdialený objekt, ktorý zachytil Vesmírny teleskop Jamesa Webba, poriadne zamotal hlavu astronómom. Na prvý pohľad pripomína obrovskú hviezdu, no jeho žiarenie nezodpovedá žiadnej bežnej hviezde. Vedci z MIT preto prišli s odvážnym vysvetlením: mohli objaviť úplne nový typ astrofyzikálneho objektu, ktorý nazvali „hviezda s čiernou dierou“.
Objekt dostal označenie MoM-BH-1* a nachádza sa v mimoriadne vzdialenom vesmíre. Svetlo, ktoré k nám dorazilo, vzniklo len niekoľko stoviek miliónov rokov po Veľkom tresku. Astronómovia tak získali pohľad do obdobia, keď bol vesmír ešte veľmi mladý. A práve v tomto období sa objavuje ďalšia záhada. James Webb už v minulosti zachytil množstvo zvláštnych objektov známych ako „malé červené bodky“. Ich pôvod zostáva predmetom diskusií. Nový objav by však mohol priniesť vysvetlenie aspoň pre časť z nich.
Vyzerá ako hviezda, ale vydáva oveľa viac energie
MoM-BH*-1 má podľa analýzy veľkosť približne porovnateľnú s našou Slnečnou sústavou. To je na hviezdu obrovský rozmer. Ešte zvláštnejšie však pôsobí množstvo energie, ktoré objekt vyžiari. Astronómovia vypočítali, že jeho výkon dosahuje približne 100 miliárd násobok toho, čo dokáže vyprodukovať bežná hviezda. Takéto množstvo energie už oveľa viac pripomína aktívnu čiernu dieru.
„Myslíme si, že v strede sa nachádza čierna diera s hmotnosťou približne 100 000 Sĺnk. Okolo nej by sa nachádzal veľmi rozsiahly obal plynu, ktorý by vyzeral ako hviezda veľká približne ako Slnečná sústava,“ vysvetlil hlavný autor štúdie Rohan Naidu z MIT.
Vedci preto navrhli model, podľa ktorého nejde o klasickú hviezdu. V centre objektu má byť obrovská čierna diera a okolo nej hustý obal vodíka. Práve tento plyn by vytvoril vzhľad podobný gigantickej hviezde.
Zaujímavé je, že astronómovia tento objekt pôvodne vôbec nehľadali. Tím pracoval na projekte Mirage or Miracle, skrátene MoM. Cieľom bolo nájsť čo najvzdialenejšie a najstaršie galaxie, ktoré vznikli v ranom vesmíre.
Neprehliadni
James Webb však v jednom zo záberov ukázal veľmi červený a mimoriadne jasný bod. Vedci mu preto venovali bližšiu pozornosť. Červené objekty v ďalekom vesmíre často súvisia s prítomnosťou prachu. Ten môže pohltiť časť svetla a zmeniť jeho farbu. Lenže v tomto prípade niečo nesedelo.
„Keď vo vesmíre vidíme niečo veľmi červené, často predpokladáme, že objekt obklopuje prach. Tentoraz však ďalšie vlastnosti svetla ukázali, že za tým musí byť niečo iné,“ vysvetlil Robert Simcoe z MIT.
Svetlo objektu navyše vykazovalo veľmi výrazný pokles pri určitých vlnových dĺžkach. Astronómovia tento jav označujú ako Balmerov skok. Takýto signál môže súvisieť s hustým plynom, ktorý pohlcuje fotóny. V prípade MoM-BH*-1 však išlo o nezvyčajne výrazný efekt. Bežná hviezda preto ako vysvetlenie príliš nesedela.
V okolí takmer nič okrem vodíka a hélia
Viac povedalo zloženie objektu. V jeho svetle astronómovia takmer nenašli známky kovov ani ďalších prvkov. Dominovali najmä vodík a hélium, teda prvky, ktoré v ranom vesmíre výrazne prevládali. Vedci preto vytvorili počítačové modely a skúšali rôzne možnosti. Zaujímavý výsledok priniesol scenár s extrémne hustým vodíkovým obalom.
Ak by bol plyn dostatočne hustý, mohol by vytvoriť niečo, čo sa z nášho pohľadu podobá povrchu obrovskej hviezdy. Stále však zostával jeden zásadný problém: čo vytvára také obrovské množstvo energie? Jadrová fúzia, ktorá poháňa hviezdy podobné Slnku, by na taký výkon nestačila.
Čierna diera však dokáže pri pohlcovaní okolitého materiálu vyprodukovať obrovské množstvo žiarenia. Keď plyn padá smerom k čiernej diere, vytvára extrémne horúci a energetický systém. Práve tento mechanizmus podľa modelov dobre zodpovedá tomu, čo James Webb zachytil.
Obrovská čierna diera ukrytá v plynovej „hviezde“
Tím preto do simulácií pridal aktívnu čiernu dieru a menil jej vlastnosti. Najlepšiu zhodu s pozorovaným objektom priniesol scenár, v ktorom má centrálna čierna diera hmotnosť približne 100 000-krát väčšiu ako Slnko. Okolo nej sa podľa modelu nachádza hustý obal vodíka s rozmermi približne na úrovni Slnečnej sústavy. Takýto objekt by preto zvonka mohol vyzerať ako obrovská hviezda, hoci jeho hlavný zdroj energie by sa nachádzal v úplne inom mechanizme.
Vedci zároveň upozorňujú na zaujímavú možnosť. MoM-BH*-1 môže patriť medzi prvých zástupcov celej populácie podobných objektov.
Mohli by vysvetliť záhadné červené bodky
James Webb už od svojho uvedenia do prevádzky priniesol množstvo záberov raného vesmíru. Medzi nimi sa opakovane objavujú malé červené objekty, ktoré astronómovia nedokázali jednoznačne zaradiť. Práve preto sú takzvané malé červené bodky jednou z veľkých záhad súčasnej astronómie.
„Tieto malé červené bodky sa v ranom vesmíre objavujú prakticky všade, no v dnešnom vesmíre takmer úplne zmizli. To, čo presne predstavujú, patrí medzi najdiskutovanejšie otázky éry Jamesa Webba,“ uviedol Naidu.
Podľa nového modelu by mnohé z nich mohli predstavovať podobné objekty. Rozdiel by spočíval najmä v ich jasnosti a v tom, ako výrazne by ich žiarenie prevýšilo svetlo okolitej galaxie.
MoM-BH*-1 je v tomto smere výnimočný. Jeho žiarenie je totiž natoľko intenzívne, že podľa vedcov prakticky zatieni celú hostiteľskú galaxiu.
Objav zatiaľ neznamená, že astronómovia definitívne našli nový typ objektu. Výsledky však ponúkajú konkrétny model, ktorý dokáže vysvetliť viacero zvláštnych vlastností MoM-BH*-1 naraz. Ďalšie pozorovania Jamesa Webba a budúce analýzy môžu ukázať, či ide o ojedinelý kozmický experiment raného vesmíru, alebo o prvého známeho zástupcu celej skupiny „hviezd s čiernymi dierami“.
