Što je bilo prije, galaksija ili crna rupa? Ne znamo, ali znanstvenici već dugo misle kako bi mogla biti galaksija.

Velike zvijezde unutar postojeće galaksije troše svoje gorivo i urušavaju se formirajući crne rupe, koje mogu progutati okolni materijal i s vremenom se spajati formirajući masivnije entitete.

Ali, teško je shvatiti kako su crne rupe milijune do milijarde puta veće od mase Sunca - kakvih je dosad na tisuće otkriveno u ranom svemiru - mogle tako brzo narasti.

Istraživači su uz pomoć NASA-inog svemirskog teleskopa James Webb otkrili jasne dokaze kako su neke supermasivne crne rupe bile ogromne od samog početka, formirajući se bez faze zvjezdanog kolapsa i bez znatno masivnije galaksije domaćina koja bi ih hranila.

To bi moglo potaknuti potpuno ponovno razmatranje klasičnih scenarija o tome kako crne rupe nastaju i rastu.

Dokazi za Keplerovo gibanje

Zaključak tima temelji se na detaljnim promatranjima Abell2744-QSO1 (QSO1), prototipa male crvene točke koja je postojala samo 700 milijuna godina nakon Velikog praska.

Iako QSO1 ima samo 1300 svjetlosnih godina u promjeru, a njena svjetlost putuje dulje od 13 milijardi godina, lakše ju je proučavati od većine drugih malih crvenih točaka jer je pod gravitacijskom lećom galaktičkog skupa Abell 2744 (Pandorin skup).

QSO1 je i uvećan i trostruko snimljen, pojavljujući se na tri različite lokacije na nebu.

Početne studije QSO1 otkrile su uvjerljive dokaze kako bi to mogao biti tek oblak užarenog vodika i helija koji kruži oko supermasivne crne rupe procijenjene na 40 milijuna puta veću masu od Sunca.

Kao i kod drugih ranih crnih rupa koje je otkrio Webb, postojala je neizvjesnost o tome je li doista toliko masivna.

Istraživači su shvatili kako bi, ako je crna rupa QSO1 toliko masivna koliko izgleda, trebali moći koristiti integralnu jedinicu polja (integral field unit, IFU) na Webbovom instrumentu NIRSpec (Near Infrared Spectrograph) kako bi pratili učinke njezine gravitacije na plin koji se vrti oko nje i istovremeno mapirali raspodjelu različitih elemenata u plinu.

Kada su prikazali brzinu rotacije kao funkciju udaljenosti od središta, otkrili su kako plin ima Keplerovo gibanje: kruži oko središnje točke na isti način na koji planeti u Sunčevom sustavu kruže oko Sunca.

To naznačuje kako je većina mase QSO1 koncentrirana u crnoj rupi u središtu.

Budući je Keplerovo gibanje regulirano jednostavnim zakonima gravitacije, tim je mogao koristiti mjerenja brzine plina za izravno izračunavanje mase crne rupe, što prije nije bilo moguće.

Dokaz primordijalnih crnih rupa?

Otkrili su kako crna rupa nije samo ogromna - otprilike 50 milijuna solarnih masa - već čini najmanje zapanjujuće dvije trećine ukupne mase QSO1.

Taj je udio tisuće puta veći nego u obližnjim galaksijama, gdje supermasivne crne rupe čine samo mali dio ukupne mase galaksije domaćina.

Karte sastava IFU-a podržale su ove rezultate, pokazujući kako plinove u cijelom QSO1 gotovo u potpunosti čine vodik i helij, s vrlo malo težih elemenata poput kisika koji bi se očekivali u galaksiji bogatoj zvijezdama i zvjezdanim krhotinama.

S metaličnošću manjom od 0,5 posto Sunca, QSO1 je jedno od najnetaknutijih galaktičkih okruženja ikad izmjerenih.

Prevelika masa QSO1 u odnosu na njegovu galaksiju domaćina sugerira kako se nije mogao postupno formirati iz mnogo manjih crnih rupa zvjezdane mase koje se spajaju i hrane.

Otkriće bi moglo biti dokaz postojanja primordijalnih crnih rupa, o kojima se dosad samo teoretiziralo.

Bez obzira kako je nastala, crna rupa QSO1 gotovo sigurno je rođena velika i možda je u ranim fazama izgradnje galaksije oko sebe. Istraživači smatraju kako male crvene točke poput QSO1 nisu mogle biti rijetke u ranom svemiru.

Trenutno analiziraju slične objekte kako bi otkrili jesu li supermasivne crne rupe zapravo starije od galaksija u kojima se trenutno nalaze.