צוות בינלאומי של אסטרונומים, בהובלת חוקרים מאוניברסיטת טקסס באוסטין, זיהה את החור השחור הקדום ביותר ביקום, המוכר למדע. במחקר שפורסם בכתב העת Astrophysical Journal, התגלו החור השחור, כמו גם CAPERS-LRD-z9 – הגלקסיה שבה הוא שוכן. הם נוצרו 500 מיליון שנים לאחר המפץ הגדול, כך שגילם מוערך בכ-13.3 מיליארד שנים (רק 3% מגילו הנוכחי של היקום).
התגלית מספקת הזדמנות ייחודית לחקור את המבנה והאבולוציה של תקופה אניגמטית זו. "בכל מה שקשור לחיפוש אחר חורים שחורים, מדובר בממצא הקדום ביותר בהיסטוריה של היקום", אמר ד"ר אנתוני טיילור, ממרכז גבולות היקום של אוניברסיטת טקסס באוסטין, שהוביל את צוות המחקר, תוך שימת דגש על החתימה הספקטרוסקופית הייחודית הקשורה לחור שחור.
4 צפייה בגלריה
גלקסיית CAPERS-LRD-z9, ביתו של החור השחור המאומת המוקדם ביותר ביקום. החור השחור הסופר-מאסיבי שבמרכזה נחשב כמוקף בענן גז סמיך, המעניק לגלקסיה צבע אדום ייחודי
(איור: Erik Zumalt/The University of Texas at Austin)
בעזרת ספקטרוסקופיה (תחום מחקר שבו נמדד ספקטרום של רמות אנרגיה או ספקטרום של תדרי קרינה אלקטרומגנטית), אסטרונומים מפצלים אור לאורכי גל רבים כדי לחקור את מאפייני העצם. כדי לזהות חורים שחורים, הם מחפשים עדויות לגז הנע במהירות. כשהוא מקיף ונשאב לתוך חור שחור, האור מגז המתרחק מאיתנו נמתח לאורכי גל אדומים בהרבה, ואור מגז המתקרב אלינו נדחס לאורכי גל כחולים בהרבה. "אין הרבה דברים אחרים שיוצרים את החתימה הזו", הסביר ד"ר טיילור. "לגלקסיה הזאת יש את זה".
הצוות השתמש בנתונים מתוכנית CANDELS-Area Prism Epoch of Reionization Survey (CAPERS) של טלסקופ החלל ג'יימס ווב. תוכנית זו מספקת את התצפיות מרחיקות הלכת ביותר בחלל. "המטרה הראשונה של תוכנית CAPERS היא לאשר ולחקור את הגלקסיות הרחוקות ביותר", אמר מארק דיקינסון, מחבר שותף של המחקר, ממעבדת המחקר הלאומית לאסטרונומיה אופטית-אינפרה-אדומה של הקרן הלאומית למדע וראש צוות בתוכנית CAPERS. "ספקטרוסקופיית ג'יימס ווב היא המפתח לאישור המרחקים שלהן ולהבנת התכונות הפיזיקליות שלהן".
CAPERS-LRD-z9, שנראתה בתחילה כנקודה מעניינת בתמונות התוכנית, התגלתה כחלק מסוג חדש של גלקסיות המכונה "נקודות אדומות קטנות". גלקסיות אלו, שהיו קיימות רק ב-1.5 מיליארד השנים הראשונות של היקום, הן קומפקטיות מאוד, אדומות ובהירות באופן בלתי צפוי. "הגילוי שלהן היה מפתיע מאוד, מכיוון שהן לא נראו כלל כמו גלקסיות שנצפו בטלסקופ החלל האבל", הסביר פרופ' סטיבן פינקלשטיין, ממרכז גבולות היקום של אוניברסיטת טקסס באוסטין. "כעת, אנחנו בתהליך להבין איך הן נראות וכיצד הן נוצרו".
CAPERS-LRD-z9 עשויה לעזור לאסטרונומים לעשות זאת. ראשית, גלקסיה זו מוסיפה לראיות הולכות וגדלות לכך שחורים סופר-מאסיביים הם המקור לבהירות הבלתי צפויה בגלקסיות "נקודות אדומות קטנות". בדרך כלל, בהירות זו מעידה על שפע של כוכבים בגלקסיה. עם זאת, הגלקסיות הללו קיימות בתקופה שבה מסה כה גדולה של כוכבים אינה סבירה.
מצד שני, חורים שחורים גם מאירים בבהירות. הסיבה לכך היא שהם דוחסים ומחממים את החומרים שהם צורכים, ויוצרים אור ואנרגיה עצומים. על ידי אישור קיומו של חור שחור בגלקסיית CAPERS-LRD-z9, מצאו האסטרונומים דוגמה בולטת לקשר זה בגלקסיות "נקודות אדומות קטנות".
הגלקסיה החדשה שהתגלתה עשויה גם לסייע בפתרון הגורמים לצבע האדום הייחודי ב"נקודות האדומות הקטנות". ייתכן שזה בזכות ענן גז סמיך המקיף את החור השחור, ומטה את אורו לאורכי גל אדומים יותר כשהוא עובר דרכו. "ראינו את העננים האלה בגלקסיות אחרות", הסביר ד"ר טיילור. "כאשר השווינו את העצם הזה למקורות אחרים, זה היה מדויק לחלוטין".
גלקסיה זו בולטת גם בגודלו העצום של החור השחור שלה. המסה שלו, המוערכת בכ-300 מיליון פעמים ממסת השמש, היא עד מחצית ממסת כל הכוכבים בגלקסיה שלו. אפילו בקרב חורים שחורים סופר-מאסיביים, מדובר במסה חריגה במיוחד.
גילוי חור שחור כה עצום בשלב כה מוקדם של היקום מספק לאסטרונומים הזדמנות חשובה לחקור כיצד עצמים אלה התפתחו, בשונה מחורים שחורים בשלבים המאוחרים יותר של היקום. "זה מוסיף לראיות הולכות וגדלות לכך שחורים שחורים מוקדמים גדלו הרבה יותר מהר ממה שחשבנו", אמר פרופ' פינקלשטיין. "או שהם נוצרו עם מסה גדולה בהרבה ממה שצופים המודלים שלנו".
כדי להמשיך את המחקר שלהם על CAPERS-LRD-z9, הצוות מקווה לאסוף תצפיות נוספות ברזולוציה גבוהה יותר באמצעות ג'יימס ווב. זה יוכל לספק תובנות טובות יותר לגביה ולגבי התפקיד שמילאו חורים שחורים בהתפתחותן של גלקסיות "נקודות אדומות קטנות".
