Svemirski teleskop James Webb (JWST) pronašao je dokaze o neobičnom objektu iz ranog svemira koji pokazuje osobine zvijezde i crne rupe. Istraživači smatraju da bi mogli gledati potpuno novu vrstu astrofizičkog objekta – crnu rupu obavijenu ogromnom kuglom vodika zbog koje izgleda poput divovske zvijezde, odnosno “zvijezdu crne rupe”.

JWST je tokom potrage za galaksijama iz ranog svemira pronašao veliki broj objekata koji su dobili naziv “male crvene tačke”. Postojali su ubrzo nakon Velikog praska, a morali su biti izuzetno sjajni da bi ih bilo moguće vidjeti na tako velikoj udaljenosti. Njihova priroda postala je predmet gotovo hiljadu recenziranih naučnih radova tokom četiri godine. Posebnu pažnju privlače jer se čini da sadrže neobjašnjivo velike crne rupe. Njihovo postojanje tako rano u istoriji svemira predstavlja problem jer, prema mehanizmima poznatim iz savremenih galaksija, nisu trebale imati dovoljno vremena da narastu do takvih veličina.

Potraga za “fatamorganama” dovela do neobičnog otkrića

Dr. Rohan Naidu s MIT-a i njegove kolege prvobitno su istraživali nešto sasvim drugo. Pokušavali su među JWST-ovim snimcima izdvojiti objekte nazvane “fatamorganama”, koji su zapravo mnogo bliži nego što izgledaju.

Tokom tog rada pronašli su objekt koji nije toliko udaljen kao druge male crvene tačke, ali je izuzetno sjajan i crven.

– Kada vidimo nešto vrlo crveno u svemiru, često pretpostavimo da je okruženo prašinom, poput čađi ili pepela, objasnio je profesor Robert Simcoe s MIT-a.

Naveo je primjer dima od šumskih požara iz Kanade, koji je nebo iznad Bostona učinio izrazito crvenim, dodajući da i astronomski objekti mogu izgledati crvenije od svoje stvarne boje kada ih posmatramo kroz sloj prašine.

Međutim, kod novootkrivenog objekta sjaj naglo nestaje na kratkim talasnim dužinama. Riječ je o fenomenu poznatom kao Balmerov prekid. Prašina ga ne uzrokuje, ali se pojavljuje kod nekih mladih zvijezda kada gas u njihovim atmosferama apsorbuje svjetlost kraću od određenih talasnih dužina.

– Prekid koji smo uočili kod ovog objekta najdublji je koji smo ikada vidjeli kod bilo kojeg objekta, što isključuje “obične” zvijezde kao njegov izvor, rekao je Naidu.

To je istraživače navelo na pitanje posmatraju li novu vrstu “zvjezdane atmosfere”, ali u ogromnim razmjerama.

Gotovo bez elemenata težih od helija

Spektar novog objekta pokazuje gotovo potpuno odsustvo elemenata težih od helija, koje astronomi nazivaju metalima. To ukazuje na mogućnost da je objekt postojao prije nego što su se u njegovoj blizini dogodile supernove.

Naučnici su pokušali modelirati uslove potrebne da se tako izrazito crvena boja proizvede samo pomoću vodika.

Rezultati su ih iznenadili. Takav izgled moguć je ako postoji izuzetno gust sloj vodika, toliko gust da više podsjeća na površinu ogromne zvijezde nego na rijetku međuzvjezdanu maglinu, objasnio je Simcoe.

Vodonični omotač može objasniti boju objekta, ali ne i njegovu ogromnu svjetlinu.

Najsjajniji objekti u svemiru su kvazari, čiju energiju stvaraju crne rupe, ali novootkriveni objekt ne izgleda poput njih.

– Imate nešto što pomalo izgleda kao zvijezda, ali je 100 milijardi puta sjajnije. To znači da ga ne može pokretati nuklearna fuzija, koja predstavlja izvor energije u srcu svih zvijezda koje poznajemo, rekao je Naidu.

Crna rupa okružena ogromnom kuglom vodika

Najvjerovatnije objašnjenje do kojeg je tim došao jeste crna rupa približno 100.000 puta masivnija od Sunca, što je još uvijek malo u poređenju sa supermasivnim crnim rupama.

Oko nje se, prema ovom scenariju, nalazi izuzetno gust vodik čiji je radijus pet puta veći od trenutne udaljenosti svemirske sonde Voyager 1 od Zemlje.

Objekt je nazvan MoM-BH*-1. Oznaka * koristi se za crne rupe, dok početni dio imena potječe od projekta istraživača “Miracle or Mirage”.

MoM-BH*-1 znatno je sjajniji od tipičnih malih crvenih tačaka koje JWST pronalazi, ali naučnici navode da bi te tačke mogle predstavljati samo manje verzije istog fenomena.

Ako je to slučaj, novi objekt mogao bi pomoći u objašnjenju njihovog nastanka jer je njegova struktura u skladu sa scenarijem poznatim kao “super-Eddington feeding”, jednim od predloženih mehanizama kojim su crne rupe u ranom svemiru mogle vrlo brzo narasti.

– Svaka mala crvena tačka u skladu je s mogućnošću da predstavlja zvijezdu crne rupe smještenu u uobičajenoj ranoj galaksiji, rekao je Naidu.

Posebnost MoM-BH*-1 je u tome što toliko nadmašuje sjajem svoju matičnu galaksiju da istraživači praktično vide samo svjetlost “zvijezde crne rupe”.

U budućnosti bi mogao izgledati potpuno drugačije

Takvo stanje možda neće trajati zauvijek. U blizini MoM-BH*-1 nalazi se sjajna galaksija, a očekuje se da će se dva objekta spojiti za približno 100 miliona godina.

Tada bi MoM-BH*-1 mogao početi izgledati poput drugih malih crvenih tačaka.

Neobični objekt mogao bi pomoći i u rješavanju još jedne misterije – takozvanih problematičnih kvazara, koji izgledaju poput kvazara, ali imaju preveliku masu u odnosu na ono što bi se očekivalo s obzirom na njihovu starost.

– Astronomima nikada nije nedostajalo mašte. Od otkrića kvazara nije nedostajalo teorija kojima se pokušava objasniti kako su te crne rupe tako brzo postale toliko masivne, rekao je Naidu.

Dodao je da se u ranom svemiru moralo dogoditi nešto spektakularno te da JWST sada omogućava naučnicima da direktno posmatraju to razdoblje i utvrde koji su se od predloženih scenarija zaista događali.

Nakon što bude okružen galaksijom, postoji mogućnost da se MoM-BH*-1 pretvori u jedan od problematičnih kvazara.

Pronađeni i drugi kandidati

MoM-BH*-1 ipak nije potpuno jedinstven. Kada su astronomi prvi put predstavili svoje otkriće na Arxiv.org, izvijestili su i o objektu nazvanom “The Cliff”, koji također ima izuzetno izražen Balmerov prekid.

“The Cliff” vidimo približno dvije milijarde godina nakon MoM-BH*-1, u periodu kada je stvaranje zvijezda u svemiru bilo na vrhuncu.

Pronađen je i još jedan kandidat za “zvijezdu crne rupe” približno iste starosti kao “The Cliff”, ali istraživači smatraju da bi ti objekti mogli predstavljati kasne primjere ove pojave.

Budući da su znatno bliži Zemlji, mnogo ih je lakše uočiti nego objekte iz vremena MoM-BH*-1, koji se teško mogu izdvojiti osim ako nisu izuzetno sjajni.

Ideja o zvijezdama s crnim rupama nije potpuno nova

Prije tri godine pažnju je privukao naučni rad koji je razmatrao mogućnost da naizgled obične zvijezde u svojim jezgrama imaju male crne rupe. Inspirisan pjesmom “Black Hole Sun” grupe Soundgarden, dr. Earl Bellinger modelirao je mogućnost otkrivanja takvih crnih rupa unutar zvijezda.

Zaključio je da bi crnu rupu mase asteroida bilo nemoguće otkriti. Crne rupe planetarne mase, međutim, mogle bi promijeniti vrijeme potrebno zvijezdi da se pretvori u crvenog diva, zbog čega je razmatrana mogućnost da se na taj način pokreće klasa zvijezda poznata kao “red stragglers”.

MoM-BH*-1 funkcioniše u potpuno drugačijim razmjerama i, prema navodima autora, može se raspravljati o tome treba li ga uopće smatrati zvijezdom. Njegovo postojanje ipak bi moglo ponovo skrenuti pažnju na Bellingerov rad.

Studija o novootkrivenom objektu objavljena je u naučnom časopisu Nature.