JWST odkrywa starożytne czarne dziury i galaktyki, które przeczą

Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba ujawnił setki zagadkowych „małych czerwonych kropek”, które zaczęły pojawiać się około 650 milionów lat po Wielkim Wybuchu, podważając rozumienie wczesnego Wszechświata przez astronomów. Obiekty te, nigdy wcześniej nie obserwowane przed uruchomieniem teleskopu w 2022 roku, są jedną z wielu tajemnic, w tym czarnych dziur, które wydają się niewiarygodnie duże jak na swój wiek, oraz starożytnych galaktyk, które przeczą ustalonym teoriom ewolucji kosmicznej.

Astrofizyczka Charlotte Mason z Centrum Świtu Kosmicznego w Kopenhadze przeanalizowała widmo światła jednej z małych czerwonych kropek. Jeśli obiekty te są czarnymi dziurami otoczonymi gęstymi obłokami gazu, część światła powinna zostać zmieniona podczas przechodzenia przez gaz, ale analiza jej zespołu tego nie wykazała. Mason podejrzewa teraz, że gaz może być grudkowaty, z dziurami, które pozwalają światłu uciekać, co lepiej pasowałoby do obserwacji.

Czarne dziury zaobserwowane przez JWST we wczesnym Wszechświecie mają masy do miliarda mas Słońca, co stanowi ogromne wyzwanie dla teoretyków. „Aby osiągnęły taką wielkość tak szybko, trzeba uprawiać gimnastykę” – powiedziała Jenny Greene, astrofizyczka z Uniwersytetu Princeton. Standardowy kolaps gwiazdy dałby czarne dziury o masie około 100 mas Słońca, ale osiągnięcie miliarda mas Słońca w krótkim czasie wymaga „karmienia na siłę” przekraczającego limit Eddingtona. Najnowsze symulacje wskazują, że akrecja super-Eddingtona może zachodzić, jeśli dysk akrecyjny spęcznieje, umożliwiając napływ gazu w nadzwyczajnym tempie. W 2024 roku JWST zaobserwował czarną dziurę z okresu około 1,5 miliarda lat po Wielkim Wybuchu, która akreowała materię z prędkością 40-krotnie przekraczającą limit Eddingtona.

Inna mała czerwona kropka, pochodząca z okresu około 750 milionów lat po Wielkim Wybuchu i soczewkowana grawitacyjnie przez gromadę galaktyk na pierwszym planie, została zidentyfikowana jako „naga” supermasywna czarna dziura o masie około 50 milionów mas Słońca. Brak widocznych otaczających ją gwiazd sugeruje, że obiekt ten mógł powstać w wyniku bezpośredniego kolapsu obłoku gazu, a nie z gwiazdowego zarodka.

Wczesne galaktyki są również zaskakująco jasne. Rachel Somerville, starsza badaczka z Instytutu Flatiron, przedstawiła nowe symulacje na spotkaniu w Helsingør w Danii w kwietniu 2026 roku. Wyjaśniła, że formowanie się gwiazd znacznie przyspiesza około 420 milionów lat po Wielkim Wybuchu, a po 550 milionach lat pojawia się „ładna galaktyka”. Najstarsza galaktyka znaleziona przez JWST istniała zaledwie 280 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Proponowane wyjaśnienia jasności obejmują bardziej efektywne formowanie się gwiazd, okresowe rozbłyski lub powstawanie niezwykle masywnych gwiazd.

Instrument średniej podczerwieni JWST ujawnił, że wczesne galaktyki są nieoczekiwanie zróżnicowane. Niektóre wydają się oczyścić z gazu i pyłu, ukazując tylko nagie gwiazdy, podczas gdy inne pozostają bogate w gaz. Nadmiar azotu w niektórych galaktykach sugeruje obecność wielu bardzo masywnych gwiazd, które eksplodowały jako supernowe, wzbogacając galaktyki w ten pierwiastek.

Obserwacje te wiążą się z epoką rejonizacji, kiedy promieniowanie pierwszych galaktyk i czarnych dziur zjonizowało neutralny wodór, kończąc kosmiczne ciemne wieki. Pierwsze gwiazdy, uważane za setki lub tysiące razy masywniejsze od Słońca, wytworzyły ciężkie pierwiastki i rozproszyły je w supernowych. „Patrzymy wstecz na to, co nas stworzyło” – powiedziała Lise Christensen, astrofizyczka z Centrum Świtu Kosmicznego.