Telescopul James Webb ar putea fi găsit locul de formare al semințelor găurilor negre masive
Astrofizicienii explică găurile negre supermasive din universul actual prin cadrul fuziunilor ierarhice: acestea pornesc de la semințe reprezentate de găuri negre de masă stelară, formate fie când stele cu mase între circa 8 și 50 de mase solare își încheie ciclul și se prăbușesc, fie în urma fuziunii a două stele neutronice. Între acestea și găurile negre supermasive se situează găurile negre de masă intermediară, cu mase între aproximativ 100 și 100.000 de mase solare.
Dovezile observaționale pentru găurile negre de masă intermediară rămân fragile, dar persistente. Un studiu din 2024 asupra roiului globular Omega Centauri a arătat că stelele rapide din centrul său pot fi explicate doar prin prezența unei astfel de găuri negre, de circa 8.200 de mase solare. În 2020, undele gravitaționale au oferit singura dovadă directă: fuziunea a două găuri negre de 85 și 66 de mase solare a produs una de aproximativ 142 de mase solare.
Un studiu publicat în Astronomy and Astrophysics, coordonat de Viola Bocchi de la Universitatea Sapienza din Roma, analizează unde ar fi putut apărea aceste semințe. Telescopul James Webb a relevat sisteme stelare dense la distanțe cosmologice mari, inclusiv arcul „Cosmic Gems” și galaxia „Firefly Sparkle”, cu mase între 10⁵ și 10⁷ mase solare și raze de semimasă între circa 0,4 și 15 parseci – condiții potrivite pentru formarea găurilor negre de masă intermediară prin modele bazate pe coliziuni.
Arcul Cosmic Gems este o galaxie cu lentilă gravitațională, observată când universul avea doar circa 460 de milioane de ani; telescopul a identificat acolo cinci roiuri tinere masive, descoperite anterior de Hubble. Firefly Sparkle, imaginată la aproximativ 600 de milioane de ani după Big Bang, conține 10 astfel de roiuri. Din cauza densității lor, simulările N-body nu au fost viabile, iar cercetătorii au folosit un model bazat pe coliziuni rapide și pierderea de masă prin vânturi stelare, validat ulterior prin simulări directe.
Roiurile din Cosmic Gems au produs cele mai grele semințe, cu mase între 1.600 și 2.700 de mase solare. Autorii notează că compactitatea extremă a acestor roiuri facilitează formarea semințelor masive, iar metalicitatea scăzută este un factor critic pentru păstrarea masei în ciuda vânturilor stelare. În Firefly Sparkle, razele mai mari și masele totale mai mici au dus la găuri negre de 180–810 mase solare, la limita inferioară a intervalului.
Cercetarea nu reprezintă o observație directă a unor găuri negre de masă intermediară, ci indică un mediu plauzibil în care acestea s-ar putea forma și ar putea crește în găurile negre supermasive din centrul galaxiilor. Rezultatele ar putea explica și „punctele roșii mici” observate de telescop, ale căror spectre sunt adesea atribuite găurilor negre supermasive. Autorii recunosc incertitudini privind rotația, structura internă și funcția de masă inițială a roiurilor, care ar putea modifica estimările.
Concluzia cercetătorilor este că aceste roiuri dense și sărace în metale sunt fabrici viabile pentru semințele grele capabile să crească în găurile negre supermasive observate în universul timpuriu.
