Primele imagini în infraroșu de înaltă rezoluție trimise de telescopul spațial James Webb au dezvăluit obiecte cosmice neobișnuite: mici puncte roșii strălucitoare, care au primit rapid numele de „Little Red Dots”. Acestea erau prea luminoase pentru a fi galaxii obișnuite și prea roșii pentru a fi simple roiuri stelare. Analizele inițiale sugerau că ar putea adăposti găuri negre supermasive cu mase surprinzător de mari, aparent imposibil de explicat într-un univers atât de tânăr.
O nouă cercetare publicată în revista Nature oferă însă o soluție elegantă la acest mister. Studiul propune că găurile negre supermasive tinere trec printr-o fază de „cocon”, în care se dezvoltă rapid înconjurate de un strat dens de gaz din care se „hrănesc”. Aceste învelișuri gazoase ar putea fi exact ceea ce a observat telescopul James Webb sub forma acestor puncte roșii.
Inițial, astronomii au considerat că Little Red Dots ar putea fi galaxii compacte aflate la distanțe foarte mari. Totuși, calculele arătau că aceste obiecte ar fi trebuit să transforme aproape întreaga lor masă în stele pentru a explica luminozitatea observată, ceea ce contrazice cunoștințele actuale despre formarea galaxiilor. În mod normal, doar aproximativ 20% din masa disponibilă într-o galaxie poate fi convertită în stele. Ipoteza alternativă era că aceste obiecte conțin găuri negre supermasive, dar și aceasta crea probleme.
Observațiile anterioare au arătat că masa unei găuri negre supermasive reprezintă, în general, aproximativ 0,1% din masa galaxiei care o găzduiește. Acest raport reflectă o creștere coordonată între galaxie și gaura sa neagră centrală. Însă Little Red Dots păreau să încalce această regulă. Estimările inițiale sugerau că găurile negre ar putea avea între 10% și 100% din masa totală a galaxiei gazdă. Mai mult, aceste obiecte erau observate la un deplasament spre roșu foarte mare, ceea ce înseamnă că existau deja când universul avea aproximativ un miliard de ani. Apariția unor găuri negre atât de masive într-un interval atât de scurt reprezenta o enigmă majoră.
O altă anomalie era absența semnalelor de raze X, care în mod normal însoțesc găurile negre active. În mod obișnuit, astronomii estimează masa unei găuri negre analizând gazul care orbitează în jurul acesteia. Gazul accelerat la viteze extreme se încălzește și emite lumină, iar spectrul acesteia prezintă linii lărgite din cauza efectului Doppler. Cu cât liniile sunt mai late, cu atât viteza gazului și masa găurii negre sunt mai mari.
În cazul Little Red Dots, aceste linii spectrale erau extrem de late, sugerând mase uriașe. Totuși, forma lor era neobișnuită: nu aveau profilul rotunjit tipic, ci o formă triunghiulară cu extensii laterale. Această particularitate a condus la descoperirea fundamentală: astronomii nu observau gaz care se deplasa extrem de rapid, ci lumină distorsionată de un mediu dens.
Cercetătorii au realizat că găurile negre erau înconjurate de un cocon dens de gaz ionizat, format din electroni liberi. Lumina emisă în apropierea găurii negre era dispersată printr-un proces numit împrăștiere Thomson, în care fotonii se ciocnesc de electroni și își modifică direcția și energia. După un număr imens de astfel de interacțiuni, liniile spectrale deveneau artificial lărgite, imitând semnalul gazului care se deplasează la viteze extreme.
Aplicând acest model de dispersie datelor observate, cercetătorii au descoperit că vitezele reale ale gazului erau mult mai mici decât se credea. În consecință, masele găurilor negre au fost revizuite drastic în jos, fiind de aproximativ 100 de ori mai mici decât estimările inițiale. Acestea au mase între 10 milioane și 100 de milioane de ori masa Soarelui, valori compatibile cu modelele standard de evoluție galactică.
Această descoperire sugerează că telescopul James Webb a surprins găurile negre într-o fază timpurie de dezvoltare, care nu fusese observată până acum. În această etapă, gaura neagră crește rapid, ascunsă într-un înveliș dens de gaz și praf care acționează ca un scut cosmic. Acest cocon absoarbe razele X și alte radiații energetice, explicând de ce aceste obiecte sunt vizibile în infraroșu, dar aproape invizibile pentru telescoapele de raze X.
Faza de cocon ar putea reprezenta un moment critic în evoluția găurilor negre supermasive. Gazul din jur nu doar ascunde gaura neagră, ci o alimentează, permițându-i să crească accelerat. Imaginea evocă o analogie biologică: asemenea unei omizi care se transformă în fluture într-un cocon, gaura neagră evoluează într-o etapă ascunsă înainte de a deveni un nucleu galactic matur.
Descoperirea are implicații majore pentru înțelegerea formării galaxiilor. Ea sugerează că găurile negre ar putea apărea și crește foarte devreme, influențând dezvoltarea galaxiilor din jurul lor.
Aceasta ridică o întrebare fundamentală: ce apare mai întâi, gaura neagră supermasivă sau galaxia însăși? Răspunsul rămâne necunoscut, dar modelul coconului oferă o nouă perspectivă asupra acestui proces.
Pe măsură ce telescopul James Webb continuă să furnizeze date tot mai detaliate, astronomii vor putea determina cât de frecventă este această fază și cât durează. Studierea acestor obiecte ar putea dezvălui modul în care s-au format primele galaxii și, implicit, originile propriei noastre galaxii. În loc să fie anomalii inexplicabile, Little Red Dots par să reprezinte o etapă naturală și esențială în evoluția universului timpuriu, o perioadă în care giganții cosmici au crescut ascunși în coconi de gaz, înainte de a deveni centrele luminoase ale galaxiilor moderne.
Sursa: ArsTehnica
