Observationer som samlats in med hjälp av rymdteleskopet James Webb har avslöjat ett aktivt supermassivt svart hål, vars massa är 9 miljoner gånger solens, och som aktivt växer och absorberar materia från rymden runt det. 570 miljoner år efter Big Bang är det det första supermassiva svarta hålet som växer, även om forskare hoppas att det inte kommer att hålla rekordet länge.
Ett svart hål hittades inuti en av de tidigaste galaxerna som någonsin upptäckts, tidigare känd som EGSY8p7, och sedan dess omdöpt till CEERS 1019. Dess upptäckt kan hjälpa till att lösa ett av det tidiga universums största mysterier: hur de svarta hålen i Cosmic Dawn växte till så stora storlekar på så kort tid.
En artikel som beskriver upptäckten, ledd av astrofysikern Rebecca Larson från University of Texas i Austin, dyker upp i ett specialnummer av The Astrophysical Journal. "Vi hittade den mest avlägsna aktiva galaktiska kärnan (AGN) och det äldsta svarta hålet vi någonsin har hittat," sa Larson till ScienceAlert. Larson observerade ursprungligen CEERS 1019 som en del av hennes arbete med att studera ljuset som produceras av stjärnbildning i det mycket tidiga universum.
Detta ljus, som kallas Lyman alfastrålning, tros genereras av jonisering av neutralt väte under stjärnbildning. Det tidiga universum fylldes med en dimma av neutralt väte som hindrade ljusets utbredning, först efter att detta väte joniserats kunde ljuset fortplanta sig fritt.
Denna era av återjonisering har som bekant inte studerats till fullo. Vi vet att det hände under de första miljarderna åren efter Big Bang för 13,8 miljarder år sedan, men det är väldigt svårt att se så långt in i det tidiga universum. CEERS 1019 och flera andra ultratidiga galaxer är utmärkta objekt för denna studie eftersom de är relativt ljusa. Galaxen identifierades i Hubble-data 2015, och vid den tidpunkten var det den tidigaste och mest avlägsna galaxen som observerades.
Efterföljande observationer bekräftade dess existens, men mer detaljerad information förblev svårfångad: det tidigaste ljuset i universum, på grund av universums expansion, har skiftat så långt in i den infraröda delen av spektrumet att ett kraftfullt speciellt infrarött instrument som JWST behövs att studera det.
Så när JWST dök upp blev CEERS 1019 – den ljusaste av Hubble-galaxerna i denna era – ett självklart mål. Teleskopet tittade bara på galaxen i en timme med alla fyra instrumenten, men gav en mängd data.
Då märkte Larson något som hon inte riktigt förväntade sig. Förutom den ljusa stjärnbildningen fanns det ett brett emissionsdrag som vanligtvis förknippas med AGN. När hon berättade för några av AGN-forskarna om det blev det intressant. Vanligtvis avger en galax i det tidiga universum antingen ljus från en supernova eller ljus från stjärnbildning. Att se båda i samma galax var extremt oväntat.
”Vi argumenterade i veckor för att det borde vara det, att det skulle vara det ena eller det andra. Och det visar sig att det är både och. Det finns en viss påverkan av det svarta hålet på de emissionslinjer vi ser, men det mesta av ljuset vi ser i våra bilder domineras fortfarande av den stjärnbildande delen av galaxen." Att ett supermassivt svart hål fanns för mer än 13,2 miljarder år sedan och har fortsatt att växa är inte så förvånande som man kan tro.
Mycket större svarta hål har upptäckts i det tidiga universum, J1342+0928, en kvasi-galax som upptäcktes 690 miljoner år efter Big Bang, har ett supermassivt svart hål på storleken 800 miljoner solar. Det svarta hålet i J0313-1806, upptäckt 670 miljoner år efter Big Bang, har en storlek på 1,6 miljarder solar.
Båda dessa kvasarer domineras av AGN-utsläpp. Enligt Larson och hennes kollegor är CEERS 1019 ett mellanstadium: punkten mellan senare, större, AGN-dominerade galaxer och hur dessa galaxer och deras svarta hål började bildas från första början. När man tittar på det supermassiva svarta hålet i CEERS 1019, tror forskare att föremålet bildades från kollapsen av ett massivt föremål, till exempel en av de tidigaste stjärnorna i universum. Dessa stjärnor var mycket, mycket större än de stjärnor vi ser runt omkring oss idag, så ett svart hål från en sådan kollaps skulle ha ett försprång på vägen till supermassivitet.
Som Larson påpekar erhölls resultaten på bara en timmes observation. Riktigt djupa observationer förväntas avslöja mer avlägsna och ännu svagare galaxer, vilket äntligen kommer att hjälpa oss att förstå hur universum föddes och hur det växte.
Läs också:
- Astronomer har sett den energiska aktiveringen av ett svart hål
- Det supermassiva svarta hålet Sagittarius A* vaknade för 200 år sedan