Webb mätte ett 13 miljarder år gammalt svart hål — det bildades före sin egen galax

Det svarta hålet i galaxen Abell2744-QSO1 har en massa av 50 miljoner solar. Dess värdgalax innehåller resten. Det förhållandet stämmer inte med några befintliga modeller: i varje galax som astronomer kan studera i dag utgör det centrala svarta hålet en försvinnande liten andel av den totala stjärnmassan. Här är det svarta hålet två tredjedelar av allt.

Den obalansen har en konkret förklaring som förändrar bilden av hur galaxer och svarta hål samevolverar. Teamet mätte galaxens metallicitet — koncentrationen av grundämnen tyngre än väte och helium, som stjärnor tillverkar under sin livstid — och fann den under en halv procent av solens värde. Det närmast noll-värdet innebär att mycket få stjärnor hunnit leva och dö i galaxen när Webb observerade den. Det svarta hålet var redan enormt i vad som i princip var en oskuldfull, nyfödd galax.

Resultatet bygger på en teknik som Webb möjliggör för första gången. Genom att kartlägga rörelsen och sammansättningen hos gas i omloppsbana nära det svarta hålet — upphettat plasma som sugs inåt med mätbara hastigheter — kunde teamet under ledning av Roberto Maiolino vid universitetet i Cambridge beräkna massan direkt, utan att förlita sig på teoretiska approximationer. Det är den första direkta massmätningen av något svart hål från universums första miljard år.

Kosmologins standardbild innebär att galaxer och deras centrala svarta hål växer tillsammans under miljarder år, var och en närd av den andra genom fusioner, gasinflöden och stjärnåterkopplingscykler. Abell2744-QSO1 bryter mot den bilden. Galaxen är för ursprunglig och för liten i förhållande till sitt svarta hål för att de två ska ha samevolverat i takt. Något sådde detta svarta hål tidigt — möjligen ett direkt kollaps av ett massivt primordialt gasmoln, eller ett svart hål fött ur den första generationen av gigantiska stjärnor — och galaxen växte runt det efteråt.

Resultatet är inte slutgiltigt. Ett enda objekt på extrem avstånd räcker inte för att skriva om teorin för galaxbildning. Cambridge-teamet noterar att mätningen vilar på antaganden om geometrin hos gasens skiva kring det svarta hålet, och att Webb inte fullt kan upplösa de minsta skalorna nära händelsehorisonten. Fler objekt på liknande avstånd krävs för oberoende bekräftelse.

De objekten är på väg. Webbs pågående kartläggningar av det tidiga universum, i synnerhet program riktade mot kända galaktiska överdensiteter som Abell2744-klustret, kommer att ge det nödvändiga urvalet. Maiolinos team analyserar redan ytterligare kandidater från samma fält. Den första direkta sammanräkningen av svarta håls massor under universums första miljard år har nu inletts.

Taggar: astronomi