Wiemy, że w jądrze każdej lub niemal każdej dużej galaktyki znajduje się mocarna czarna dziura o masie liczonej w milionach, lub miliardach mas Słońca. Zdajemy sobie również sprawę, że ich niepospolita grawitacja musiała odegrać niebagatelną rolę w procesie ewolucji wszechświata i jego struktur. Tym, co wciąż budzi ogromne wątpliwości, pozostaje natomiast kwestia genezy supermasywnych czarnych dziur.
Problem pochodzenia tych ociężałych potworów stał się szczególnie trapiący, po zarejestrowaniu w 2011 roku obiektu J1120+0641. Światło tego wysokoenergetycznego kwazara zostało wyemitowane 770 milionów lat po wielkim wybuchu, co w momencie odkrycia, dawało mu tytuł najodleglejszego poznanego obiektu (przesunięcie ku czerwieni z=7).
Nową, znacznie dokładniejszą analizę J1120+0641 przeprowadził niedawno Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, przy pomocy spektrometru średniej podczerwieni MIRI. Dane zostały zebrane podczas sesji obserwacyjnej w styczniu 2023 roku, a ich interpretacja dokonana przez badaczy z Instytutu Astronomii Maxa Plancka, trafiła właśnie do czasopisma Nature Astronomy.
Z analizy widma wyłania się obraz olbrzymiego obłoku pyłu w kształcie torusa, okalającego ekstremalnie masywne jądro. Promieniowanie powstaje, kiedy materia z obłoku opada do wewnątrz, tworząc rozgrzany dysk akrecyjny, bezpośrednio opadający na horyzont zdarzeń i „dokarmiający” czarną dziurę. Pod tym względem J1120+0641 wydaje się podręcznikowym przykładem kwazara, działającym podobnie do swoich młodszych odpowiedników. Różnica sprowadza się wyłącznie do nieco wyższej temperatury, niż w przypadku innych zbadanych dysków akrecyjnych.
Paradoksalnie J1120+0641 jest interesujący właśnie przez brak jakichkolwiek wyraźnych odchyleń od normy. Supermasywne czarne dziury od dawna stanowią zagwozdkę, ponieważ wydają się zdecydowanie zbyt masywne, jak na swój wiek – nie miały czasu, aby pożreć aż tyle materii. Z tego powodu astronomowie wręcz oczekiwali, że sięgając teleskopami do pierwszego miliarda lat po wielkim wybuchu, zobaczą coś nietypowego; ślady nieopisanego procesu tłumaczącego pożarcie ekwiwalentu milionów Słońc w (kosmicznie) ekspresowym tempie. „Ogólnie rzecz biorąc, nowe obserwacje tylko pogłębiają tajemnicę. Wczesne kwazary były szokująco normalne” – tłumaczy kierowniczka badań, Sarah Bosman, dodając, że „niezależnie od tego, na jakich długościach fal je obserwujemy, kwazary są niemal identyczne we wszystkich epokach wszechświata”.
Takie rezultaty osłabiają grupę hipotez, zakładających, że czarne dziury w centrach galaktyk były pierwotnie znacznie mniejsze i dopiero z czasem upasły się do obecnych, absurdalnych rozmiarów. Nie stanowią one zatem np. pozostałości po eksplozjach przedstawicielek najstarszej generacji gwiazd.
Wszystko, co udało się dotąd ustalić, sugeruje, że obiekty te były ekstremalnie masywne już w chwili urodzenia. Oczywiście przez kolejne lata mogły jeszcze zwiększać swoje gabaryty, ale najprawdopodobniej od samego początku dominowały grawitacyjnie we wszechświecie. To z kolei premiuje hipotezy, wedle których geneza supermasywnych czarnych dziur pozostaje ściśle związana z procesem formowania samych galaktyk. Zgodnie z tym pomysłem, materia spływająca do środka młodej galaktyki tworzy studnię grawitacyjną, ściągającą ku sobie ogromne ilości gazów, które w pewnym momencie mogły ulec kolapsowi. Podobnie jak w przypadku śmierci gwiazdy, ale na nieporównywalnie większą skalę. W ten sposób przeskakując kilka szczebli, ze ściśniętej chmury wodoru i helu wyłaniałaby się potężna czarna dziura, w całej swej supermasywnej okazałości.
Pozostaje czekać na kolejne obserwacje, jedynego urządzenia zdolnego do rozstrzygnięcia tej wątpliwości, czyli Teleskopu Webba.
Sprawa zaskakująco dorodnego kwazara J1120+0641 została opisana w artykule A mature quasar at cosmic dawn revealed by JWST rest-frame infrared spectroscopy na łamach Nature Astronomy. Badania opisała także strona Instytutu Maxa Plancka.
