Astronomer har bekräftat existensen av svart hål-stjärnor i universums första miljard år, baserat på observationer från James Webb Space Telescope. Dessa objekt, kända som små röda prickar, är enorma gasbollar drivna av centrala svarta hål som lyser som jättestjärnor. Upptäckten löser en nyckelmysterium kring dessa kompakta, ljusa galaxer.
James Webb Space Telescope (JWST) har avslöjat en överraskande population av objekt i det tidiga universum, som sträcker sig tillbaka till dess första miljard år. Kallade små röda prickar (LRDs), framträder de som extremt kompakta, röda och lysande galaxer, olik de som observerats i det närliggande universum. Initiala teorier föreslog att de kunde vara supermassiva svarta hål omgivna av stoft eller tätt packade galaxer fyllda med stjärnor, men ingen förklarade fullt ut de detekterade ljusmönstren.
Ett team ledd av Anna de Graaff vid Harvard University föreslog ett alternativ: svart hål-stjärnor. Dessa är täta gas sferer med ett svart hål i kärnan. När material ackreteras på det svarta hålet frigörs gravitationsenergi som får den omgivande gasen att glöda, efterliknande en stjärna men i massiv skala – miljarder gånger ljusare än solen. „När material faller in i det svarta hålet frigörs mycket gravitationsenergi, och detta skulle kunna få hela gasbollen runt det att glöda som en stjärna“, förklarade de Graaff.
Genom att analysera spektra från över 100 LRDs fann forskarna mönster som matchar svartkroppsstrålning från en slät yta, liknande stjärnor, snarare än komplexa spektra från galaxer med blandade ljus källor. „Svart hål-stjärn-modellen har funnits ett tag men ansågs så underlig, men den verkar faktiskt fungera och vara den mest logiska“, sade Jillian Bellovary vid American Museum of Natural History i New York. Anthony Taylor vid University of Texas at Austin tillade: „Det är bara ett enkelt ramverk, men det förklarar [observationerna] verkligen, verkligen bra, utan att behöva någon exotisk fysik.“
En iögonfallande LRD, smeknamn „The Cliff“, visade spektrala drag som inte kunde förklaras av tidigare modeller, vilket stärker fallet för svart hål-stjärnor. „Vi såg vissa drag i spektrat som verkligen inte kunde förklaras av någon av våra befintliga modeller“, noterade de Graaff. Att bekräfta det svarta hålets närvaro är dock utmanande på grund av den täta, skymmande gas kuvertet. Ljusvariationer, ett kännetecken för ackrederande svarta hål, erbjuder en potentiell test, även om JWST:s observationsbegränsningar hindrar långsiktig övervakning.
En studie av Fengwu Sun vid Harvard använde en gravitationslins för att observera en LRD över fyra bilder, som spänner över 130 år av ljus rese tid. Hellighetsvariationerna liknade de hos pulserande stjärnor men med större amplitud, i linje med svart hål-stjärn-idén. Om verifierat skulle dessa objekt kunna representera en ny fas i supermassiva svarta håls tillväxt, frånvarande i det lokala universum. „Detta skulle i princip kunna vara som en ny tillväxtrad... för dessa supermassiva svarta hål“, föreslog de Graaff, även om deras livslängd och massbidrag förblir oklara.