Lov na "rušioce univerzuma": Šta su zapravo misteriozne crvene mrlje koje je snimio Džejms Veb?

Kada je svemirski teleskop "Džejms Veb" lansiran u decembru 2021. godine, astronomi su se nadali da će konačno uspeti da zavire u najranije doba našeg univerzuma i vide kako su nastajale prve galaksije.

Međutim, Ivo Labe sa Univerziteta tehnologije Svinbern u Australiji i njegove kolege uočili su nešto potpuno neočekivano – 13 jarkocrvenih mrlja. Kada su na osnovu njihovog sjaja procenili masu, a na osnovu boje udaljenost, proračuni su doneli pravi šok.

Šest od ovih mrlja imalo je masu skoro jednaku našem Mlečnom putu, iako su nastale svega 600 do 700 miliona godina nakon Velikog praska.

Postojanje tako masivnih galaksija u prvoj milijardi godina kosmosa kosilo se sa svim važećim teorijama o nastanku i evoluciji galaksija. Zbog toga su ih naučnici brzo prozvali "rušiocima univerzuma", prenosi Nacionalna Geografija.

Ipak, pošto su ovi kosmički džinovi bili prosto preveliki za sve ono što je nauka do tada predviđala, potraga je nastavljena. Misterija "malih crvenih tačaka" tek je počela da se zapetljava. Iako ih je u prvoj milijardi godina našeg univerzuma bilo neobično mnogo, one se jednostavno nisu uklapale ni u jedan teorijski model, niti u bilo koju klasu objekata poznatu modernoj astronomiji.

"Sve ovo počinje ozbiljno da zbunjuje. Računica jednostavno nije štimala", kaže Bindžije Vang, astronomkinja sa Prinstona koja je radila u Labeovom timu. 

Danas, četiri godine kasnije, astronomi su otkrili oko hiljadu ovih malih crvenih tačaka, uključujući i nekoliko desetina u našem komšiluku, odnosno u savremenom univerzumu. Kako se teorije samo množe, naučnici shvataju da im ove tačke, što ih više proučavaju, zapravo otkrivaju nešto suštinski važno o evoluciji kosmosa i razvoju nebeskih tela.

Zašto ove tačke ne izgledaju kao normalne galaksije?

Labe, Vang i njihove kolege uočili su ove neobične objekte na snimcima zabeleženim 21. juna 2022. godine. Bili su to jedni od prvih podataka koje je Džejms Veb prikupio dok su naučnici još testirali instrumente i isprobavali mogućnosti novog teleskopa. Do februara 2023. godine, kada je tim objavio svoje rezultate u prestižnom časopisu "Nature", drugi astronomi su već uveliko pronalazili nove crvene mrlje i snimali ih u znatno većoj rezoluciji.

"Usledila je čitava lavina naučnih radova i brzo smo shvatili da su ove pojave zapravo veoma česte", kaže astronom Dejl Kocevski sa Koledža Kolbi u Mejnu, koji ove objekte proučava od 2022. godine.

Da bi otkrili šta su ove tačke, ako već nisu gigantske galaksije, naučnici su primenili spektroskopiju – tehniku koja prikupljenu svetlost razlaže na talasne dužine, odnosno na boje. Dobijeni rezultat, poznat kao spektar, otkriva hemijski sastav užarenog materijala.

Svetlost na svom putu prelazi ogromna prostranstva koja se, zbog širenja univerzuma, neprestano povećavaju. To širenje zapravo rasteže svetlosne talase i pomera ih ka crvenom delu spektra (fenomen poznat kao crveni pomak). Međutim, pošto astronomi napamet znaju raspored spektralnih linija svakog hemijskog elementa, oni lako prepoznaju te šablone čak i kada su pomereni. Prateći te specifične boje i stepen njihovog pomaka, naučnici mogu precizno da utvrde koliko je neki objekat udaljen. Pored toga, ove pomerene linije im pomažu da shvate kako se kreće gas na samom izvoru svetlosti, što se ispostavilo kao ključni trag u rešavanju ove zagonetke.

Vodonik je najrasprostranjeniji element u svemiru, ali umesto jasne i oštre spektralne linije, svetlost sa malih crvenih tačaka dala je mutan i neobično proširen signal.

Kako Kocevski objašnjava, to zamućenje je posledica neverovatno brzog kretanja gasa — koji juri brzinom od nekoliko hiljada kilometara u sekundi, kovitlajući se ka nama i od nas. Ovako proširene linije znače da gas rotira oko nečeg izuzetno masivnog, što je tipično ponašanje za supermasivne crne rupe koje usisavaju sve oko sebe.

Kada su astronomi uočili ovu široku liniju vodonika, glavna teorija se promenila: više se nije govorilo o masivnim galaksijama, već o supermasivnim crnim rupama koje proždiru materiju u središtima mladih galaksija. Naučnici su pretpostavili da jarkocrvena boja potiče od ogromnih količina prašine koja prigušuje i menja sjaj ove aktivne crne rupe. Međutim, novi podaci su ponovo okrenuli priču u sasvim drugom smeru, a crne rupe su postale još veća misterija.

Naime, crne rupe koje usisavaju velike količine materijala okružene su takozvanim akrecionim diskom, koji se toliko zagreva da snažno zrači u rendgenskom (X-ray) spektru. Da su ove crvene tačke obične aktivne crne rupe, ovo visokoenergetsko zračenje bi prštalo na sve strane. Međutim, rendgenski zraci su detektovani kod samo jednog od hiljadu ovih objekata. Osim toga, aktivne crne rupe obično stalno menjaju jačinu sjaja zbog erupcija i nestabilnog "gutanja" materije.

"Sa malim crvenim tačkama to nije slučaj — njihov sjaj je potpuno stabilan“, ističe Žorit Mate, astronom sa Austrijskog instituta za nauku i tehnologiju.

Tada je postalo potpuno jasno: pred nama definitivno nisu bile obične crne rupe.

Zvezdane crne rupe?

Kada su istraživači analizirali širi spektar boja ovih crvenih tačkica umesto samo detalja, uočili su neobične oblike – pad intenziteta svetlosti, a zatim nagli skok.

Ovakav oblik spektra karakterističan je za regione sa veoma gustom gasnom atmosferom, kakvu imaju određene vrele zvezde. Zato naučnici sada veruju da male crvene tačke imaju moćan izvor energije u svom središtu. To je najverovatnije aktivna crna rupa ili zvezda koja je čak 10.000 puta masivnija od našeg Sunca, obavijena gustim slojem gasa. Ova teorija o crnoj rupi unutar gustog gasnog kokona dobila je naziv "zvezda crna rupa" (black hole star) i privlači sve više pažnje.