Uues uuringus arvutasid Cambridge'i Ülikooli astrofüüsik Ignas Juodžbalis ja kolleegid vahetult, kui suur on teleskoobi tehtud piltidel ühe nn väikese punase täpi tekitanud taevakeha mass. Sarnaseid mõistatuslikke, 13,1 miljardi aasta tagusest ajast ehk reionisatsiooni ajastust pärit valgusallikaid on leidnud James Webbi kosmoseteleskoop teisigi, vahendab ScienceAlert.

Kõnealune punane täpp sai teaduslikuks nimeks QSO1. Töörühma analüüs viitab, et tegu on musta auguga, mille mass on võrdne 50 miljoni Päikese massiga. Kui järeldus tõepoolest kinnitust leiab, osutuks see väga kõnekaks. Sel juhul oleks tegu esimese tõestusega, et kohe peale Suurt Pauku tekkisid universumis ürgsed mustad augud.

Töörühma sõnul viitab nende leid, et QSO1 on supermassiivse musta augu seeme, mille teleskoop jäädvustas selle kõige varasemas arenguetapis. Sõltumata kasutatud mudelist viitasid objekti suur mass juba nii noores universumis, selle musta augu ja tähemassi erakordselt suur suhe ning objekti ümbritseva keskkonda metallivaesus, et selle näol on tegu massiivse musta augu algmega, mis tabati akretsiooni kõige varasemas järgus.

Ootamatu leid

James Webbi kosmoseteleskoop (JWST) alustas tööd 2021. aastal. Juba toona ootas kogu teadlaskond, et uus võimas tööriist võimaldab heita pilgu seni instrumendi vaatlusväljast liiga kaugele  jäänud Suurele Paugule järgnenud aastamiljardile. Astronoomid ja kosmoloogid lootsid leida sealt ajastu kohta ootamatuid või isegi uudseid objekte, millega oma ilmaruumi kirjeldavaid mudeleid täpsustada.

Väikesed punased täpid on üks selline leid. Nagu nimi viitab, on tegu reionisatsiooniajastust pärinevate tillukeste punakate valgusallikatega. Miljard aastat kestnud ajaperioodil lahutas esimeste tähtede ja galaktikate valgus neutraalsed vesiniku aatomid taas ioonideks, mis võimaldas valgusel edaspidi universumis vabamalt levida.

Kuna kõnealune ajastu jääb tänapäevast ajas ja ruumis erakordselt kaugele ning leidub valgust summutavaid vesinikupilvi üksjagu, oli teadlastel keeruline näha, mis jääb piltlikult öeldes selle taha. Kuigi astronoomid oskavad esimeste tähtede, galaktikate ja mustade aukude teket seletada teoreetiliselt juba võrdlemisi hästi, osutus oma seletustele vaatlusandmetest toe leidmine seetõttu  keerulisemaks.

Hästi vaadeldav eksemplar

Infrapunavalguse ehk nähtavast valgusest märksa pikema lainepikkusega spektriosas tegev Webbi teleskoop aitas seda muuta. Astronoomid on teleskoobiga leidnud juba sadu väikesi punaseid täppe. Samas pole teadlased päris kindlad, millega tegu on. Ühe võimalusena võivad täpid olla noored mustad augud. Samas käib mustade aukudega tavaliselt kaasas röntgenkiirgus, mida täppide ümber pole. Teise võimalusena on tegu tihedate täheparvedega.

Ignas Juodžbalis ja kolleegid lootsid QSO1 näitel valguslaikude olemust põhjalikumalt uurida. Liisk langes selle kasuks, sest QSO1 ja Maa vahel paikneb massiivne galaktikaparv. See on sedavõrd massiivne, et toimida gravitatsiooniläätsena. Galaktikaparv kõverdab aegruumi sedavõrd palju, et koondadada ka QSO1 kuma. Nii näevad teadlased tänu sellele QSO1-d paremini kui teisi täppe.

Läätse tagant paistvat valgust hoolikalt muust mürast eraldades ja analüüsides saigi töörühm välja arvutada kauge objekti pöörlemiskõvera. See on suurus, mis galaktikatel näitab iga galaktika ja selle keskmes paikneva musta augu massi.

Töörühma sõnul ei sobi nende tulemused alternatiivse selgitusega, et väikesed punased täpid on tähekobarad. Pigem klapib QSO1 pöörlemiskõver kääbusgalaktikaga, mis tiirleb ümber Päikese massist 50 korda suurema massi. Selline tõlgendus klapiks ka objekti valgusspektris leidunud vesiniku põhjal välja arvutatud musta augu hinnangulise massiga.

Samas on musta auku ümbritsev galaktika ise tilluke – palju väiksem kui musta augu massi põhjal arvata võiks. See teeks leiust ühe kõige paljama teadaoleva massiivse musta augu. Leid võib anda vihje, kuidas tekkisid noores universumis galaktikad. Oletuslik kaksiksüsteem viitab, et esmalt tekkisid mustad augud ja alles siis moodustusid nende ümber galaktikad.

Töörühm kirjutab, et selline süsteem saab tekkida vaid n-ö raskeid seemneid esile kutsuvates olukordades. Sellistel juhul tekib massiivne must auk metallivaese tohutu vesinikpilve otsese kollapsi tulemusel või vahetult pärast Suurt pauku tekkinud ürgse musta augu toel. Võimaluste eristamiseks oleks vaja täiendavaid uuringuid. Kui tegu oleks tõesti vahetu kollapsi musta auguga, kiirguks selle ümbert ka ultavioletkiirgust, mida QSO1 juurest ei lähtu. Ürgsete mustade aukude mass jääb aga 50 miljoni Päikese massile oluliselt alla.

Samas on võimalik, et objekt tekkis üldsegi nii juurdekasvu kui ka kokkupõrgete kaudu lihtsalt kiiresti kasvades. Sel juhul oleks QSO1 võimalik esimene tõend ürgsete mustade aukude olemasolust.

Uuringu esmaversioon on leitav võrguvaramust arXiv.