Wiadomo, że w jądrze prawie każdej dużej galaktyki znajduje się mocarna czarna dziura o masie liczonej w milionach lub miliardach mas Słońca. Te gigantyczne struktury miały niebagatelną rolę w ewolucji wszechświata, jednak ich geneza nadal pozostaje zagadką.

Problem pochodzenia supermasywnych czarnych dziur stał się wyjątkowo trudny po odkryciu w 2011 roku obiektu J1120+0641. Światło tego kwazara zostało wyemitowane 770 milionów lat po wielkim wybuchu, co uczyniło go najodleglejszym znanym obiektem w momencie odkrycia.

Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, za pomocą spektrometru średniej podczerwieni MIRI, przeprowadził niedawno nową analizę J1120+0641. Sesja obserwacyjna miała miejsce w styczniu 2023 roku, a wyniki badań przeprowadzonych przez Instytut Astronomii Maxa Plancka zostały opublikowane w czasopiśmie Nature Astronomy.

Analiza widma wskazuje na obecność wielkiego toroidalnego obłoku pyłu otaczającego ekstremalnie masywne jądro. Promieniowanie powstaje, gdy materia z obłoku opada do wnętrza, tworząc gorący dysk akrecyjny, który zasila czarną dziurę. W tym aspekcie J1120+0641 działa podobnie jak młodsze odpowiedniki kwazarów, z jedyną różnicą w nieco wyższej temperaturze dysku akrecyjnego.

Artystyczna wizja tego kwazara przedstawia go jako aktywną galaktykę, napędzaną zjawiskami akrecyjnymi wokół centralnej czarnej dziury. Co interesujące, J1120+0641 nie wykazuje wyraźnych odchyleń od normy, a nowe obserwacje tylko pogłębiły tajemnicę, jak stwierdziła Sarah Bosman, kierowniczka badań. Kwazary są niemal identyczne we wszystkich epokach wszechświata, co stanowi dodatkowe wyzwanie dla obecnych teorii.

Wyniki te osłabiają hipotezy, według których czarne dziury w centrach galaktyk były pierwotnie znacznie mniejsze, a ich obecne rozmiary osiągały w długotrwałym procesie akrecji. W rzeczywistości najnowsze badania sugerują, że supermasywne czarne dziury były ekstremalnie masywne już w chwili ich powstania. To premiuje hipotezy zakładające, że ich geneza jest ściśle związana z procesem formowania samych galaktyk. Materia spływająca do środka młodej galaktyki mogła tworzyć studnię grawitacyjną, przyciągając ogromne ilości gazu, który mógł ulec kolapsowi, tworząc potężne czarne dziury.

Oczekujemy na kolejne obserwacje dokonane przez Teleskop Webba, które mogą pomóc rozstrzygnąć te wątpliwości. Zagadkę dorodnego kwazara J1120+0641 opisano w artykule "A mature quasar at cosmic dawn revealed by JWST rest-frame infrared spectroscopy" opublikowanym na łamach Nature Astronomy. Badania opisano również na stronie Instytutu Maxa Plancka.