Uusi teoria ehdottaa "mustan aukon tähtiä" ratkaisuksi punaisten pisteiden arvoitukseen

KAK – James Webb -avaruusteleskooppi (JWST) on jälleen kerran haastanut käsityksemme maailmankaikkeudesta. Sen ottamissa kuvissa on havaittu pieniä, punaisia pisteitä, jotka eivät tunnu sopivan nykyisiin malleihin galaksien muodostumisesta. Nyt uusi teoria ehdottaa, että nämä kohteet voisivat olla aivan uudenlainen taivaankappale. Tutkijat käyttivät tästä nimitystä "mustan aukon tähti".

Taiteilijan näkemys ”mustan aukon tähdestä”. Kuva on kaaviollinen ja tähden keskellä on massiivinen musta aukko kertymäkiekkoineen. Piirros ei ole mittakaavassa, sillä mustan aukon ympärille kertynyt kaasukehä on paljon laajempi ja massiivisemmi kuin mitä kaavio antaa ymmärtää. Kaasukehä on juuri se minkä näemme punaisina pisteinä. Kuva © MPIA / Hda / T. Müller / A. de Graaff.

James Webb -teleskoopin kyky tehdä havaintoja kaukaa menneisyydestä on paljastanut joukon kohteita, jotka vaikuttavat olevan liian massiivisia sijaitakseen niin varhaisessa maailmankaikkeudessa. Nämä "pienet punaiset pisteet" eivät näytä sopivan perinteiseen malliin siitä, miten galaksit ja supermassiiviset mustat aukot niiden keskustoissa kehittyvät.

Yksi tällainen kohde, lempinimeltään "The Cliff", on erityisen mielenkiintoinen. Sen ominaisuudet eivät vastaa sitä, mitä odottaisimme nuorelta galaksilta.

Ratkaisuksi tähän arvoitukseen on ehdotettu uutta teoriaa, joka esittelee "mustan aukon tähdet". Nämä eivät ole tähtiä perinteisessä mielessä, vaan supermassiivisia mustia aukkoja, joita ympäröi paksu, myrskyisä kaasuvaippa.

Tässä mallissa musta aukko kerää ympärilleen valtavan määrän kaasua, joka muodostaa sen ympärille tiheän kuoren. Tämä kaasuvaippa peittää mustan aukon ja sen kertymäkiekon näkyvistä, ja sen sijaan näemme vain kaasun hehkun – punaisen pisteen. Tämä selittäisi, miksi kohteet näyttävät niin kirkkailta ja punaisilta, ja miksi ne vaikuttavat olevan niin massiivisia.

Jos teoria mustan aukon tähdistä osoittautuu todeksi, se mullistaisi käsityksemme varhaisesta maailmankaikkeudesta. Se voisi selittää, miten supermassiiviset mustat aukot kasvoivat niin suuriksi niin nopeasti universumin historian alkuvaiheessa.

 

Punaiset pisteet ja "The Cliff"

James Webb -avaruusteleskooppi on suunniteltu näkemään maailmankaikkeuden kaukaisimpiin ja varhaisimpiin kolkkiin. Tutkiessaan näitä varhaisia vaiheita, noin 700 miljoonaa vuotta alkuräjähdyksen jälkeen, teleskooppi on löytänyt lukuisia kohteita, joita on alettu kutsua punaisiksi pisteiksi.

Nämä kohteet ovat hämmentäneet tutkijoita, koska ne näyttävät olevan liian kehittyneitä ja massiivisia ollakseen olemassa niin varhain maailmankaikkeuden historiassa. Niiden punainen väri viittaisi vanhoihin tähtiin, mutta niiden kirkkaus ja koko eivät sovi yhteen tunnettujen galaksimallien kanssa.

"The Cliff" erottui punaisten pisteiden joukosta selvästi. Sen valon spektri on äärimmäisen poikkeava. Spektrissä näkyi jyrkkä pudotus, jota kutsutaan Balmerin harppaukseksi. Tämä ilmiö liittyy vetyatomien ionisoitumiseen, ja "The Cliffillä" se oli kaksi kertaa voimakkaampi kuin missään aiemmin havaitussa kaukaisessa kohteessa. Tällainen voimakas signaali viittasi siihen, että valo ei tule tavanomaisesta tähtien joukosta, vaan yhdestä, massiivisesta lähteestä.

Koska "The Cliffin" kaltaisten kohteiden ominaisuudet eivät sopineet yhteen olemassa olevien teorioiden kanssa, tutkijoiden oli ajateltava laatikon ulkopuolelta. Perinteiset selitykset eivät riittäneet.

Tutkijaryhmä kehitti uuden mallin, mustan aukon tähden. Tässä mallissa ei ole kyse tähdestä sanan perinteisessä merkityksessä, vaan supermassiivisesta mustasta aukosta, jota ympäröi tiheä ja myrskyisä vetykaasuvaippa. Kaasuvaippa syntyy nopeasti materian kertymisestä musta aukon ympärille. Se kuumenee ja emittoi sähkömagneetista säteilyä lähes kaikilla aallonpituuksilla. Tämä kuuma kaasuvaippa peittää alleen mustan aukon ja sen kuuman kertymäkiekon. Kaasun läpi kulkeva valo muuttuu ja saa aikaan juuri sellaisen voimakkaan ja jyrkän Balmerin harppauksen, joka "The Cliff" -kohteessa havaittiin. Simulaatiot, jotka perustuivat tähän malliin, vastasivat erittäin tarkasti "The Cliffin" havaittua spektriä. Tämä antoi vahvaa tukea teorialle, että kyseessä voisi olla aivan uudenlainen taivaankappale.

"Mustan aukon tähti" -malli on tällä hetkellä vahvin ehdokas selittämään "The Cliffin" kaltaisten äärimmäisten kohteiden olemassaolon. Se tarjoaa elegantin ratkaisun siihen, miksi nämä kohteet näyttävät yhdeltä massiiviselta, punaiselta ja kylmältä "tähdeltä" monien erillisten tähtien sijaan. Malli voisi myös selittää, miten supermassiiviset mustat aukot kasvoivat niin nopeasti varhaisessa maailmankaikkeudessa.

On kuitenkin tärkeää muistaa, että malli on vielä uusi ja hypoteettinen. Se vaatii lisää havaintoja ja tutkimusta vahvistuakseen.

Ennen "mustan aukon tähti" -mallia "pienille punaisille pisteille" on ehdotettu myös muita selityksiä:

Erittäin tiheät ja pölyiset nuoret galaksit: Yksi johtavista teorioista oli, että kohteet ovat äärimmäisen tiheitä ja pienikokoisia galakseja, joissa syntyy valtavasti uusia tähtiä. Tässä mallissa galaksit olisivat niin paksun pölyvaipan peitossa, että vain punainen valo pääsisi siitä läpi, mikä selittäisi niiden värin. Ongelmana tässä mallissa on, että se vaatisi tähtien syntyvän niin kiivaaseen tahtiin, että se haastaa nykyiset mallit galaksien muodostumisesta.

Aktiiviset galaksiytimet (AGN): Toinen vaihtoehto on, että kohteet ovat supermassiivisia mustia aukkoja, jotka ovat galaksiensa keskustoissa ja keräävät aktiivisesti ainetta (AGN, Active Galactic Nucleus). Nämä kohteet olisivat myös paksun pölyn peitossa. Vaikka monissa "pienissä punaisissa pisteissä" onkin havaittu merkkejä aktiivisista galaksiytimistä, tämä teoria ei yksinään selitä "The Cliffin" kaltaisten kohteiden äärimmäisiä ominaisuuksia, kuten erittäin voimakasta Balmerin harppausta. Lisäksi monilta kohteilta puuttuu röntgen- ja radiosäteily, jota tyypillisesti odotettaisiin AGN-kohteilta.

Koska "mustan aukon tähti" on toistaiseksi hypoteettinen malli, tutkijoiden ensisijainen tavoite on kerätä lisää todistusaineistoa, joka joko tukee tai kumoaa sen. Suunnitelmat jatkotutkimuksille ovatkin monipuolisia ja keskittyvät juuri mallin heikkojen kohtien ja ennusteiden testaamiseen.

 

Suunnitelmat jatkotutkimuksille

Jatkotutkimusten päätavoite on erottaa "mustan aukon tähti" -kandidaatit muista mahdollisista selityksistä, kuten äärimmäisen pölyisistä galakseista tai perinteisistä aktiivisista galaksiytimistä (AGN).

Ensimmäinen askel on käydä läpi kaikki James Webb -teleskoopin keräämä data ja etsiä järjestelmällisesti lisää "The Cliffin" kaltaisia kohteita, joilla on poikkeuksellisen voimakas spektri. Mitä suurempi otos samankaltaisia kohteita löydetään, sitä paremmin niiden yhteisiä ominaisuuksia voidaan tutkia ja verrata teorioihin.

Tutkijat pyrkivät myös saamaan entistä tarkempia ja syvempiä spektrejä "The Cliffistä" ja muista mahdollisista kandidaateista. Tavoitteena on etsiä heikkoja merkkejä kaasun liikkeestä ja koostumuksesta. Tällainen data voisi paljastaa yksityiskohtia kaasun nopeudesta ja lämpötilasta, mikä auttaisi varmistamaan, onko kyseessä kaoottinen kaasuvaippa vai esimerkiksi järjestäytyneemmin pyörivä galaksin kiekko.

Näiden jatkotutkimusten avulla tiedeyhteisö pyrkii pala palalta kokoamaan palapeliä ja selvittämään, onko James Webb -avaruusteleskooppi todella löytänyt ensimmäiset todisteet täysin uudentyyppisestä taivaankappaleesta.

 

Lähteet

[1] “Black Hole Stars” could solve JWST riddle of overly massive early galaxies” Max Plancj Institute:n lehdistötiedote, 12.9.2025.

[2] "A remarkable ruby: Absorption in dense gas, rather than evolved stars, drives the extreme Balmer break of a little red dot at z = 3.5", by A. de Graaff et al. Published in Astronomy & Astrophysics, 2025, 701, A168.