Webbov tím vesmírneho teleskopu pracuj ďalej na mňa uvedenie do prevádzky Je to posledný krok pred spustením vedeckej prevádzky v lete. Nedávno sme videli úžasnú fotografiu Čierna diera v strede našej galaxie Mliečna dráhaprevzatý ďalekohľad horizontu udalostí. Jednou zo záhad modernej astronómie je, aká veľká je každá z nich galaxie Získal obrovskú centrálnosť Čierna dieraa ako sú niektoré z týchto čiernych dier prekvapivo veľké aj vo veľmi raných dobách vesmíru. Požiadali sme Roberta Maiolina, člena tímu Webb’s Near Infrared Spectrometer (NIRSpec), aby nám povedal, ako nám Webb pomôže zodpovedať niektoré z týchto otázok.

„Jednou z najvzrušujúcejších oblastí objavovania, ktoré sa Webb chystá odomknúť, je hľadanie prvotných čiernych dier v ranom vesmíre. Sú to zárodky najhmotnejších čiernych dier, ktoré astronómovia našli v galaktických jadrách. Väčšina galaxií (možno všetky ) sú vo svojich stredoch umiestnené čierne diery a ich hmotnosti sa pohybujú v rozmedzí miliónov až miliárd násobkov hmotnosti nášho Slnka. Tieto supermasívne čierne diery sa zväčšili tak, že požierali hmotu okolo nich a tiež spájali menšie čierne diery.

„Najnovším zaujímavým objavom je objav supermasívnych čiernych dier s hmotnosťou niekoľkých miliárd hmôt Slnka, ktoré skutočne existovali, keď mal vesmír len asi 700 miliónov rokov, čo je zlomok jeho súčasného veku 13,8 miliardy rokov. To je záhada.“ Výsledkom je, že v tak ranom veku nebolo podľa štandardných teórií dosť času na vývoj takých masívnych čiernych dier. Na vyriešenie tejto záhady boli navrhnuté niektoré scenáre.

Jednou z možností je, že čierne diery spôsobené smrťou prvej generácie hviezd v ranom vesmíre akumulovali materiál mimoriadne vysokou rýchlosťou. Ďalším scenárom je, že prvotné oblaky plynu, ktoré ešte nie sú obohatené chemickými prvkami ťažšími ako hélium, by sa mohli zrútiť priamo do formy[{“ attribute=““>black hole with a mass of a few hundred thousand solar masses, and subsequently accrete matter to evolve into the hyper-massive black holes observed at later epochs. Finally, dense, nuclear star clusters at the centers of baby galaxies may have produced intermediate mass black hole seeds, via stellar collisions or merging of stellar-mass black holes, and then become much more massive via accretion.

This illustration shows the populations of known black holes (large black dots) and the candidate black hole progenitors in the early universe (shaded regions). Credit: Roberto Maiolino, University of Cambridge

“Webb is about to open a completely new discovery space in this area. It is possible that the first black hole seeds originally formed in the ‘baby universe,’ within just a few million years after the big bang. Webb is the perfect ‘time machine’ to learn about these primeval objects. Its exceptional sensitivity makes Webb capable of detecting extremely distant galaxies, and because of the time required for the light emitted by the galaxies to travel to us, we will see them as they were in the remote past.

“Webb’s NIRSpec instrument is particularly well suited to identify primeval black hole seeds. My colleagues in the NIRSpec Instrument Science Team and I will be searching for their signatures during ‘active’ phases, when they are voraciously gobbling matter and growing rapidly. In these phases the material surrounding them becomes extremely hot and luminous and ionizes the atoms in their surroundings and in their host galaxies.

“NIRSpec will disperse the light from these systems into spectra, or ‘rainbows.’ The rainbow of active black hole seeds will be characterised by specific ‘fingerprints,’ features of highly ionized atoms. NIRSpec will also measure the velocity of the gas orbiting in the vicinity of these primeval black holes. Smaller black holes will be characterized by lower orbital velocities. Black hole seeds formed in pristine clouds will be identified by the absence of features associated with any element heavier than helium.

“I look forward to using Webb’s unprecedented capabilities to search for these black hole progenitors, with the ultimate goal of understanding their nature and origin. The early universe and the realm of black holes seeds is a completely uncharted territory that my colleagues and I are very excited to explore with Webb.”

— Roberto Maiolino, professor of experimental astrophysics and director of the Kavli Institute for Cosmology, University of Cambridge

Written by:

• Jonathan Gardner, Webb deputy senior project scientist, NASA’s Goddard Space Flight Center
• Stefanie Milam, Webb deputy project scientist for planetary science, NASA’s Goddard Space Flight Center