În centrul majorității galaxiilor mari se află, în mod obișnuit, o gaură neagră supermasivă, a cărei masă modelează modul în care se formează stele, evoluția galaxiei și distribuția gazului în mediul său. Întrebarea-cheie este cum au ajuns aceste obiecte atât de masive și ce rol au avut fuziunile galactice în creșterea lor de-a lungul a peste 13 miliarde de ani. Exemplul Sgr A* din Calea Lactee ilustrează modul în care găurile negre centrale și galaxia se modelează reciproc.

Descoperirile realizate cu ajutorul celui mai nou telescop James Webb au adus în prim plan ceea ce se numește Little Red Dots, adică puncte roșii foarte mici, considerate semne ale creșterii precoce a găurilor negre supermasive. Observațiile COSMOS-Web oferă un teren valoros pentru a surprinde aceste obiecte în etapele lor inițiale și pentru a înțelege cum a evoluat universul în primele miliarde de ani. Aceste semnale pot oferi indicii despre conexiunea dintre formarea galaxiilor și creșterea SMBH în cosmosul timpuriu.

O metodă inedită, de analiză pixeli cu pixeli a culorilor, a fost introdusă pentru a identifica perechi de LRD aflate în apropiere. În cadrul COSMOS-Web, cercetătorii au identificat patru perechi dual LRD, iar distanțele proiectate între cele două componente variază între aproximativ 0,2 și 1,2 arcsec, ceea ce ajută la separarea a două surse într-un câmp vizual, în loc să tratăm un obiect ca fiind două LRD foarte apropiate.

Contextul descoperirii punctelor roșii mici în datele COSMOS-Web

Conform studiului publicat, LRD-urile sunt, de fapt, parte a unei populații timpurii de găuri negre și fuziunile acestor perechi ar putea facilita creșterea acestora spre SMBH. Cercetătorii afirmă că dublu LRD reprezintă indicii importante pentru înțelegerea dezvoltării găurilor negre timpurii. Autorul principal al studiului este Takumi Tanaka, student la Institutul Kavli din cadrul Universității din Tokio, care s-a concentrat asupra acestor detalii.

Ei subliniază că masa găurii negre și caracteristicile galaxiei sunt strâns legate, iar feedback-ul SMBH asupra formării stele și asupra masei totale a galaxiei poate fi un factor critic pentru evoluția galactică. Astfel, studierea LRD-urilor și a proceselor asociate poate clarifica modul în care galaxia și centrul său galactic s-au dezvoltat în cosmos.

În cadrul COSMOS-Web, cercetătorii au identificat patru candidați de perechi dual LRD, analizate în detaliu, iar distanțele proiectate dintre perechi se află între 0,2 și 1,2 arcsec. Rezultatele susțin ideea că aceste perechi sunt două obiecte reale, nu o aliniere aleatorie, ceea ce indică faptul că LRD-urile pot juca un rol real în evoluția SMBH-urilor.

Descoperirea a două perechi LRD în datele COSMOS-Web

Conform măsurătorilor de redshift, aceste două perechi LRD se află în primele etape ale universului, cu valori de redshift aproximative z ≈ 5,82 și z ≈ 5,46. Distanțele între componente sunt de 1,64 kpc respectiv 7,36 kpc, adică între aproximativ 5.300 și 24.000 de ani-lumină, o scară mică în contextul dimensiunilor galaxiilor.

Conform cercetătorilor, perechile nu sunt probabil rezultatul aleatorului; comparațiile cu seturi de date simulate indică faptul că frecvența apariției acestor perechi nu este un fenomen aleator, ci rezultatul unei prezențe sistemice a două obiecte în apropiere. Rezultatele sugerează că LRD-urile joacă probabil roluri de premerger în creșterea SMBH-urilor în evoluția galactică timpurie.

Studiul sugerează în cele din urmă că LRD-urile ar putea reprezenta stadii de tip „pre-merger” înainte de fuziunea efectivă a SMBH-urilor, ceea ce înseamnă că aceste perechi ar putea fi precursorii a două SMBH-uri care vor fuziona în viitor. Cercetătorii subliniază totodată nevoia extinderii mostrelor și a efectuării de observații pe o arie mai largă pentru a valida această ipoteză.

Perechile LRD duale și detaliile metodei

Una dintre realizările-cheie a fost introducerea unei metode de analiză a culorilor la nivel pixel, ceea ce permite separarea a două surse apropiate în cadrul unei singure imagini. Această tehnică ajută la identificarea componentelor individuale, nu la presupunerea unui singur obiect.

Distanța dintre LRD-uri este de ordinul a zeci de mii de ani-lumină, ceea ce plasează aceste perechi în primele etape ale evoluției galaxiilor. Acest lucru indică faptul că perechile ar fi fost prezente în momente-cheie ale istoriei cosmice, putând influența în mod direct formarea galaxiilor.

Cercetătorii propun mai multe explicații pentru culoarea roșie a LRD-urilor și pentru apariția timpurie: pot fi găuri negre înfruntând un mediu dens de gaz sau SMBH înconjurate de un cocon de gaz care intensifică luminozitatea roșie. Indiferent de cauza exactă, perechile par să se afle în stadiu pre-merger, sugerând că pot reprezenta precursorii a două SMBH care se vor întâlni în viitor.