Co było pierwsze – czarne dziury czy galaktyki?

Czarne dziury nie tylko istniały u zarania dziejów, ale także dały początek nowym gwiazdom i przyspieszyły formowanie się galaktyk – sugeruje nowa analiza danych z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba.

Zdaniem naukowców, ustalenia te podważają teorie na temat tego, jak czarne dziury kształtują kosmos. Klasyczne rozumienie zakłada, że powstały one po pojawieniu się pierwszych gwiazd i galaktyk. Nowa analiza danych sugeruje, że czarne dziury mogły znacznie przyspieszyć narodziny nowych gwiazd podczas pierwszych 50 milionów lat istnienia Wszechświata, krótkiego okresu w jego 13,8 miliarda lat historii. Badanie zostało opublikowane w Astrophysical Journal Letters.

„Wiemy, że czarne dziury istnieją w centrach galaktyk w pobliżu naszej Drogi Mlecznej, ale teraz wielką niespodzianką jest to, że były one obecne również na początku wszechświata i były prawie jak bloki konstrukcyjne lub nasiona wczesnych galaktyk. Naprawdę wzmocniły wszystko, jak gigantyczne wzmacniacze formowania się gwiazd, co jest całkowitym zwrotem tego, co wcześniej uważaliśmy za możliwe – tak bardzo, że może to całkowicie wstrząsnąć naszym zrozumieniem tego, jak powstają galaktyki” – mówi główny autor Joseph Silk, profesor na Wydziale Fizyki i Astronomii Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa oraz w Instytucie Astrofizyki Uniwersytetu Sorbony w Paryżu.

Silk twierdzi, że odległe galaktyki z bardzo wczesnego Wszechświata, obserwowane przez teleskop Webba, wydają się znacznie jaśniejsze niż przewidywali naukowcy i ujawniają niezwykle dużą liczbę młodych gwiazd i supermasywnych czarnych dziur.

Zdaniem badacza, dotychczasowe badania sugerowały, że czarne dziury powstały po zapadnięciu się supermasywnych gwiazd, a galaktyki uformowały się po tym, jak pierwsze gwiazdy rozświetliły Wszechświat. Analiza przeprowadzona przez zespół Silka wskazuje jednak, że czarne dziury i galaktyki współistniały i wzajemnie wpływały na swój los w ciągu pierwszych 100 milionów lat istnienia kosmosu.

„Zakładamy, że wypływy czarnych dziur zmiażdżyły obłoki gazu, przekształcając je w gwiazdy i znacznie przyspieszając tempo ich powstawania. W przeciwnym razie bardzo trudno jest zrozumieć, skąd wzięły się te jasne galaktyki, ponieważ są one zazwyczaj mniejsze we wczesnym Wszechświecie” – tłumaczy Silk.

Jak twierdzą astronomowie, czarne dziury to obszary w przestrzeni kosmicznej, w których grawitacja jest tak silna, że nic nie może uciec przed ich przyciąganiem, nawet światło. Z powodu tej siły generują one potężne pola magnetyczne, które wywołują gwałtowne burze, wyrzucając turbulentną plazmę i ostatecznie działając jak ogromne akceleratory cząstek. Proces ten jest prawdopodobnie powodem, dla którego detektory Webba wykryły więcej czarnych dziur i jasnych galaktyk niż przewidywali naukowcy.

„Nie jesteśmy w stanie dostrzec tych gwałtownych wiatrów lub dżetów, ponieważ są zbyt daleko, ale wiemy, że muszą one być obecne, bo widzimy wiele czarnych dziur na początku Wszechświata. Te ogromne wiatry pochodzące z czarnych dziur miażdżą pobliskie obłoki gazu i przekształcają je w gwiazdy. To brakujące ogniwo, które wyjaśnia, dlaczego te pierwsze galaktyki są o wiele jaśniejsze niż się spodziewaliśmy” – wyjaśnia Silk.

Astronomowie przewidują, że młody Wszechświat miał dwie fazy. W pierwszej, szybkie wypływy z czarnych dziur przyspieszyły formowanie się gwiazd, a następnie, w drugiej, emisje gazu i cząstek zwolniły. Kilkaset milionów lat po wielkim wybuchu, chmury gazu zapadły się z powodu burz magnetycznych supermasywnych czarnych dziur, a nowe gwiazdy rodziły się w tempie znacznie przekraczającym to obserwowane miliardy lat później w normalnych galaktykach.

„Myśleliśmy, że na początku galaktyki tworzyły się, gdy gigantyczny obłok gazu zapadał się. Wielką niespodzianką jest to, że w środku tego obłoku znajdowało się ziarno – duża czarna dziura – które pomogło szybko przekształcić wewnętrzną część tego obłoku w gwiazdy w tempie znacznie większym, niż kiedykolwiek się spodziewaliśmy. Pierwsze galaktyki są więc niezwykle jasne” – mówi Silk.

Astronomowie zakładają, że przyszłe obserwacje teleskopem Webba, obejmujące większą liczbę gwiazd i supermasywnych czarnych dziur we wczesnym Wszechświecie, pomogą potwierdzić ich obliczenia. Mają nadzieję, że obserwacje te pomogą również zebrać więcej wskazówek na temat ewolucji Wszechświata.

Emil Gołoś