Ett sällsynt supermassivt svart hål som hittats gömt i universums gryning kan tyda på att det fanns tusentals fler av de glupska monstren som förföljde det tidiga kosmos än vad forskarna trodde — och astronomer är inte säkra på varför.
Det primordiala svarta hålet är ungefär en miljard gånger större än vår sol och hittades i centrum av galaxen COS-87259. Den urgamla galaxen bildades bara 750 miljoner år efter Big Bang och upptäcktes av Atacama Large Millimeter Array (ALMA), ett radioobservatorium i Chile, på en liten bit av himlen som är mindre än tio gånger större än fullmånen.
Det snabbt växande svarta hålet, som var dolt under en hölje av turbulent stjärnstoft, kunde ses äta upp en del av sin ackretionsskiva av materia i omloppsbana och spottade ut resterna i en stråle som rörde sig nära ljusets hastighet. Det svarta monstertåget tycks befinna sig i ett sällsynt mellanstadium av tillväxt, någonstans mellan en dammig, stjärnbildande galax och ett enormt, starkt lysande svart hål som kallas kvasar.
Och den kosmiska kolossen kan vara ett av tusentals oförklarligt stora svarta hål som lurar under molntäcket i det tidiga universum, menar forskarna. De publicerade sin upptäckt den 24 februari i tidskriften Monthly Notices of The Royal Astronomical Society (öppnas i ny flik) .
"Uppriktigt sagt var förklaringen av existensen av omkring 15 mycket tidiga ljusstarka kvasarer [från samma tidsperiod som COS-87259] en stor utmaning för extragalaktisk astronomi med tanke på hur kort tid det tar att växa upp ett så massivt svart hål sedan Big Bang", säger Ryan Endsley (öppnas i ny flik) , astronom vid University of Texas, Austin, som är huvudförfattare av studien, till Live Science. "Om mycket tidiga svarta hål med miljarder solmassor är tusentals gånger vanligare än vad vi ursprungligen trodde (vilket vår upptäckt antyder, såvida man inte antar att vi hade otroligt mycket tur) så förvärrar detta bara problemet ytterligare."
Ett supermassivt mysterium
Svarta hål föds genom kollaps av jättestjärnor och växer genom att oavbrutet äta gas, stoft, stjärnor och andra svarta hål i de stjärnbildande galaxer som innehåller dem. Om de blir tillräckligt stora får friktionen det material som spiralformas in i de svarta hålen att hetta upp och de förvandlas till kvasarer — de släpper ut sina gasformiga kokonger med ljusstötar som är upp till en triljon gånger mer lysande än de ljusstarkaste stjärnorna.
Eftersom ljuset färdas med en fast hastighet genom rymdens vakuum, kan forskarna se längre tillbaka i tiden ju djupare in i universum de tittar, desto mer avlägset ljus kan de uppfatta och desto längre tillbaka i tiden kan de se. Tidigare simuleringar av den "kosmiska gryningen" — den epok som omfattar universums första miljarder år — har föreslagit att böljande moln av kall gas kan ha gått samman till jättestjärnor som var dömda att snabbt kollapsa och skapa svarta hål. När universum växte kan dessa första svarta hål snabbt ha smält samman med andra och skapat ännu större supermassiva svarta hål i hela kosmos.
Men hur dessa kaotiska förhållanden ledde till att så många supermassiva svarta hål skapades är ett mysterium, som fördjupas av möjligheten att djuren kan ha funnits i tusental när universum bara hade nått 5 procent av sin nuvarande ålder. I en översiktsartikel (öppnas i ny flik) har man föreslagit att stora, ljusa kvasarer är de lättaste svarta hålen att upptäcka, så de är troligen bara "toppen av isberget" av de monster som gömmer sig i det unga kosmos.
Svaret på denna gåta kan visa på ett hål i vår förståelse av galaxbildning i det tidiga universum. Den 22 februari upptäckte en annan grupp astronomer som analyserade data från James Webb Space Telescope en grupp av sex gigantiska galaxer — de var mellan 500 och 700 miljoner år gamla efter Big Bang — de var så massiva att de stämde överens med 99 % av de kosmologiska modellerna.
En möjlig förklaring kan ligga i mängden och den hektiska aktiviteten i de täta "starburst"-molnen där de tidigaste svarta hålen uppstod. I april 2022 upptäcktes till exempel ett annat snabbt växande svart hål i övergångsfasen, GNz7q, i en galax med samma ålder som COS-87259, vilket visade att galaxen producerade nybakade stjärnor 1 600 gånger snabbare än vad Vintergatan gör i dag. COS-87259 kokar i en något långsammare takt, 1 000 gånger snabbare än nuvarande Vintergatan, men dess svarta hål är 20 gånger så massivt och ljusstarkt som GNz7q.
"Upptäckten av både COS-87259 och GNz7q under det senaste året var mycket överraskande och får oss verkligen att fråga oss hur vi kan förstå hur vi kan förstå detta när det gäller mycket tidiga supermassiva svarta håls tillväxt", säger Endsley.
