Webbteleskopet avslöjar par av svarta hål på kollisionskurs i det tidiga universumet

Astronomer har upptäckt fyra par av snabbt växande svarta hål i det tidiga universumet som ser ut att vara på kollsionskurs. Detta ger de första direkta bevisen på att sammanslagningar av svarta hål kan ha drivit den mystiska tillväxten av supermassiva svarta hål kort efter Big Bang.

Fynden, som publicerades den 31 augusti i Publications of the Astronomical Society of Japan, bygger på en ny bildanalysteknik som tillämpats på infraröda observationer från rymdteleskopet James Webb.eurekalert+1

Ett nytt sätt att se dubbelt

Forskarlaget, som leds av doktoranden Takumi Tanaka vid Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe vid Tokyo universitet, fokuserade på en klass av kompakta, rödaktiga objekt kända som "små röda prickar" (LRD, "Little Red Dots"): små himlakroppar som JWST har haft en unik förmåga att upptäcka sedan det togs i bruk 2022. Forskare tror att LRD:er är svarta hål omgivna av materia som faller inåt, och som växer i snabb takt.phys+1

Tidigare metoder för att identifiera dessa objekt byggde på att mäta den totala ljusstyrkan och färgen för varje källa. Den metoden, upptäckte forskarna, kunde lätt förväxla två tätt liggande LRD:er med ett enda, märkligt format objekt. För att övervinna detta utvecklade Tanaka och hans kollegor, däribland Kavli IPMU-professorn John Silverman, en färgvalsmetod på pixelnivå som undersöker färgen på varje enskild pixel i JWST:s högupplösta bilder.eurekalert+1

Tekniken avslöjade fyra par av dubbla LRD:er som existerade för mellan 12,5 och 12,8 miljarder år sedan, separerade av avstånd på mellan några tusen och tiotusen ljusår. Detta är betydligt mindre än Vintergatans utsträckning på 100 000 ljusår. Spektroskopiska data från JWST bekräftade att två av paren delar nästan identisk rödförskjutning, vilket innebär att de faktiskt är nära grannar och inte optiska illusioner orsakade av att de ligger i linje med varandra.u-tokyo+2

Varför det spelar roll

En statistisk analys visade att det var osannolikt att alla fyra paren var slumpmässiga, vilket tyder på att LRD:er klustrar sig på skalor av några tusen ljusår. Galaxsammanslagningar antas styra stora mängder gas mot galaxernas centrum, vilket påskyndar tillväxten av de centrala svarta hålen. Om varje LRD hyser ett växande svart hål kan dessa par representera föregångarna till sammanslagningar av svarta hål, händelser som framtida gravitationsvågsdetektorer en dag kan upptäcka.eurekalert+1

Frågan om hur supermassiva svarta hål, med massor på miljontals till miljarder solmassor, växte sig så stora så snabbt efter Big Bang är fortfarande en av astronomins mest svårlösta gåtor. Andra nyligen publicerade studier, bland annat en studie i Nature som beskriver en "svart hål-stjärna" som observerades bara 660 miljoner år efter Big Bang, tyder på att täta gashöljen kan tillåta svarta hål att överskrida sina normala tillväxtgränser.earth+1

Vad som händer härnäst

Teamet planerar att tillämpa sin pixelmetod på större JWST-datamängder för att bygga upp en statistisk bild av hur ofta LRD:er bildar täta par. Den andelen kan avslöja hur stor roll sammanslagningar spelade i svarta håls tidiga tillväxt.u-tokyo+1

"Genom att statistiskt mäta andelen massiva svarta hål som bildar täta par kan forskare avgöra vilken roll sammanslagningar av svarta hål spelade för deras tillväxt under de tidiga utvecklingsstadierna", säger Tokyo universitet i ett uttalande i samband med studien.u-tokyo