Czerwone kropki rosły w tempie, które łamie prawa fizyki. Kosmiczne potwory na sterydach

Gdy Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba zajrzał na drugi brzeg oceanu czasu, do momentu gdy Wszechświat był jeszcze niemowlakiem, zobaczył coś dziwnego. Coś, co wymyka się naszej wiedzy i co stanowi jedną z największych tajemnic nauki.

Małe czerwone kropki (ang. Little Red Dots, LRD) to tajemnicze, bardzo odległe obiekty. Są niezwykle jasne i mają charakterystyczne czerwone zabarwienie, a większość z nich pochodzi z okresu, gdy Wszechświat miał mniej niż około 1,5 mld lat. Ich natura wciąż nie jest ostatecznie wyjaśniona.

By tę zagadkę naukowcy postanowili wykorzystać japoński superkomputer Aterui III. Zespół badawczy pod kierownictwem Sunmyona Chona z Instytutu Astrofizyki Maxa Plancka przeprowadził najbardziej szczegółową jak dotąd symulację kosmologicznych warunków panujących we wczesnym Wszechświecie.

Symulacja zespołu rozpoczęła się od warunków panujących wokół galaktyki we wczesnym Wszechświecie, a następnie objęła poszczególne obłoki gazowe. Te wymagające dużych nakładów obliczeniowych symulacje były możliwe dzięki wysokiej rozdzielczości obliczeniowej Aterui III.

Okazuje się, że dawno, dawno temu działał kosmiczny hamulec. Symulacje pokazują, że we wczesnym Wszechświecie intensywne promieniowanie dalekiego ultrafioletu (FUV) z pobliskich galaktyk hamowało formowanie się gwiazd w obłokach gazu, w wyniku czego gaz, zamiast tworzyć wiele małych gwiazd, mógł utworzyć pojedynczą, supermasywną gwiazdę, która następnie zapadła się w zarodek czarnej dziury.

Okazało się, że we wczesnym Wszechświecie działy się rzeczy, które dzisiaj byłyby niemożliwe. Symulacje pokazują, że po uformowaniu się zarodki czarnej dziury są otoczone gęstymi dyskami gazowymi. To środowisko zatrzymuje promieniowanie, umożliwiając czarnym dziurom wzrost w tempie dziesiątki razy szybszym niż byłoby to możliwe we współczesnym Wszechświecie.

Symulowane właściwości tych szybko rosnących czarnych dziur dobrze pasują do Małych Czerwonych Kropek obserwowanych przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba. Wyniki badania opublikowano w prestiżowym piśmie Nature.

Wielką zagadką astronomii jest to, jak supermasywne czarne dziury, o masach miliony, a nawet miliardy razy większych od masy Słońca, obserwowane we wczesnym Wszechświecie, pojawiły się tak szybko, w niecałe 600 mln lat po Wielkim Wybuchu. Nad tą tajemnicą głowią się od dekad największe umysły astrofizyki.

Oczekiwano, że Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba odpowie na to pytanie, umożliwiając nam dostrzeżenie słabszych, bardziej odległych galaktyk.

Ponieważ światło porusza się ze skończoną prędkością, patrzenie na bardziej odległe obiekty jest jak patrzenie w przeszłość. Kiedy obserwujemy galaktykę oddaloną o 11 mld lat świetlnych, światło musiało przebyć 11 mld lat, aby do nas dotrzeć. Światło to pokazuje nam, jak wyglądała galaktyka, gdy światło opuściło ją 11 mld lat temu. Podobnie, światło z galaktyki oddalonej o 12 mld lat świetlnych ma 12 mld lat.

JWST pozwala nam spojrzeć w przeszłość dalej niż kiedykolwiek wcześniej, ale zamiast znaleźć odpowiedź na pytanie o szybki wzrost czarnych dziur, ujawnił populację małych, enigmatycznych, ekstremalnie czerwonych obiektów, które nazwano Małymi Czerwonymi Kropkami (LRD).

Nowe symulacje pokazują, że Małe Czerwone Kropki są odpowiedzią na zagadkę wzrostu czarnych dziur, i to pozornie prostą. W symulacji wyniki te były naturalną konsekwencją warunków panujących we wczesnym Wszechświecie, bez konieczności przyjmowania jakichkolwiek egzotycznych założeń czy przypadkowych zdarzeń.