James Webb -avaruusteleskoopin havainnoissa on löydetty outo, punertava kohde, joka vaikuttaa tähtimäiseltä mutta loistaa liian kirkkaasti ollakseen tavallinen tähti. Kohde on peräisin muutaman sadan miljoonan vuoden ajalta alkuräjähdyksestä, ja tutkijat ovat ehdottaneet sille lempinimeä ”black hole star” eli mustan aukon tähti. Havainnon perusteella kohteen sisällä saattaa olla noin 100 000 kertaa Auringon massainen musta aukko, johon liittyy tiheä vedystä muodostunut kotelo suunnilleen aurinkokunnan kokoisena.

Havaintoa luonnehtii ennen kaikkea sen poikkeuksellinen kirkkaus: raportin otsikko mainitsee kohteen loistavan arviolta 100 miljardin kerran kirkkaampana kuin tavallinen tähti. Rakenteeltaan se näyttää tähdeltä, mutta spektri ja kirkkaustaso eivät sovi normaaliin tähtien fysiikkaan, mikä on ajanut tutkijat harkitsemaan vaihtoehtoisia selityksiä, kuten massiivisen mustan aukon ja kaasukotelon muodostamaa järjestelmää.

Mikä on havaittu kohde ja miten se poikkeaa tavallisista tähdistä?

Havainto perustuu Webb-teleskoopin infrapunaspektriin, jolla voidaan nähdä hyvin kaukaisia ja voimakkaasti punasiirtyneitä kohteita varhaisesta universumista. Kohde näyttää pyöreältä, kirkkaalta ja punertavalta — ominaisuuksiltaan tähtimäinen — mutta sen ominaisvärähtelyt ja kokonaisenergiantuotto viittaavat siihen, että sisällä tapahtuu jotain muutakin kuin fuusioreaktioita normaalissa tähtiympäristössä.

Tutkijat esittävät, että kohteen keskellä voisi olla massiivinen musta aukko, joka säteilee voimakkaasti ympäröivän, tiheän vedyn kotelon läpi. Tällainen rakenne voi näkyä hieman tähdeltä, koska kotelo absorboi ja uudelleensäteilee aukon ympärillä syntyvää energiaa. Ehdotetun mustan aukon massa — noin 100 000 Aurinkoa — ja kotelon koolla mitattu aurinkokuntaluokka tekevät kohteesta poikkeuksellisen massiivisen verrattuna tavallisiin tähdenemättömiin prototähtiin.

Mitä löydös kertoo varhaisen maailmankaikkeuden kehityksestä?

Tällainen havainto koskettaa suoraan kosmologian ja galaksien muodostumisen peruskysymyksiä. Yksi keskeisistä ongelmista nykyfysiikassa on, miten niin varhaisessa universumissa saattoi syntyä niin massiivisia mustia aukkoja, joista myöhemmin kasvoi supermassiivisia mustia aukkoja galaksien keskustoissa. Suoraa fuusiosta syntyvästä tähdestä ei yleensä voi saada näin suurta massaa nopeasti, joten vaihtoehtoiset mekanismit — kuten suora romahdus kaasupilvistä tai quasistarin kaltainen välivaihe — nousevat tulkintavaihtoehdoiksi.

Jos kohde todella on mustan aukon ja kaasukotelon yhdistelmä, se voisi edustaa yhtä mahdollisista reiteistä, jolla mustan aukon siemenet — massiiviset protomustat — muodostuivat ja kasvoivat nopeasti. Tällaiset järjestelmät voisivat osaltaan selittää, miten miljardeja aurinkoja painavat mustat aukot ilmestyivät olemassa oleviksi vain muutamien satojen miljoonien vuosien kuluessa alkuräjähdyksestä.

Havainto herättää myös kysymyksiä varhaisen tähtisäteilyn ja galaktisen kehityksen vaikutuksesta universumin ionisaatiohistoriaan. Erittäin kirkkaat, mutta lyhytikäiset kohteet voivat olla tärkeitä reionisaation ajureita, ja ne vaikuttavat siihen, miten nopeasti ja millä reiteillä ensimmäiset galaksit muovasivat ympäristöään.

Seuraavat askeleet ovat ennakoitavissa: tutkijat tarvitsevat laajemman spektrisen kattavuuden ja lisähavaintoja verifioidakseen mustan aukon massan ja kotelon fysikaaliset ominaisuudet. JWST:n jatkohavainnot, seuranta muilla instrumenteilla ja teoreettiset mallit auttavat erottamaan mahdolliset selitykset toisistaan.

Tämä löydös on esimerkki siitä, kuinka uudet havaintokyvyt muuttavat kuvaa varhaisen maailmankaikkeuden rakenteesta ja dynamiikasta. Sellaiset havainnot laajentavat ymmärrystä siitä, millaisia prosesseja tarvittiin galaksien ja suurten gravitaatiokeskusten rakentumiseen, ja tarjoavat uusia polkuja tutkimukselle mustien aukkojen alkuperästä.