महास्फोटानंतर 47 कोटी वर्षांनी तोललेले एक कृष्णविवर

विश्व एक अब्ज वर्षांपेक्षा कमी वयाचे असतानाच अब्जावधी सौर वस्तुमानांच्या कृष्णविवरांवर चालणारे क्वेसार अस्तित्वात होते. ते इतक्या वेगाने इतके मोठे कसे झाले, हे खगोलशास्त्रातील एक न सुटलेले कोडे आहे. विस्तृत-क्षेत्र सर्वेक्षणांनी असे शेकडो राक्षस शोधले आहेत, पण फक्त सर्वाधिक तेजस्वी.

जेम्स वेब अवकाश दुर्बिणीने चित्र बदलले. ती कितीतरी अंधुक सक्रिय दीर्घिका-केंद्रके (active galactic nuclei) पाहू शकते — ज्या दीर्घिकांचे केंद्रीय कृष्णविवर द्रव्य गिळत आहे — रुंद उत्सर्जन रेषा टिपून: कृष्णविवराजवळ इतक्या वेगाने परिभ्रमण करणाऱ्या वायूचा प्रकाश की त्याच्या वर्णपट-रेषा — प्रत्येक मूलद्रव्य उत्सर्जित करत असलेले नेमके रंग — पसरट होतात. यांपैकी अनेक वस्तू संक्षिप्त, अतिशय लालसर दिसणारे स्रोत आहेत, ज्यांना “लिटल रेड डॉट्स” (Little Red Dots) असे टोपणनाव आहे, ज्यांचे स्वरूप अजूनही वादाचा विषय आहे.

शॉर्टकटशिवायचा शोध

टोकियोतील वासेदा विद्यापीठाच्या नेतृत्वाखाली शिंगयाओ त्साय (Xingyao Cai), आकिओ के. इनोउए, मासाफुसा ओनोउए आणि सहकाऱ्यांनी DAWN JWST Archive मधील सार्वजनिक वर्णपट तपासले: रेडशिफ्ट 6 ते 10.3 दरम्यान खात्रीशीर अंतरे असलेले 1,247 स्रोत — रेडशिफ्ट, z असे लिहितात, विश्वाच्या प्रसरणाने त्यांचा प्रकाश किती ताणला गेला आहे हे मोजते: तो जितका जास्त, तितका स्रोत दूर आणि आपण तितके मागे भूतकाळात पाहतो. त्यांनी रंग किंवा आकारावरून आधीच निवड केली नाही. प्रत्येक वर्णपटासाठी त्यांनी विचारले की रुंद हायड्रोजन रेषा असलेले प्रतिमान, ती नसलेल्या प्रतिमानापेक्षा अधिक चांगले बसते का. 66 उमेदवार पात्र ठरले.

सर्वांत दूरचा आहे MoM-BL-z10, “Mirage or Miracle” कार्यक्रमात निरीक्षण केलेला, रेडशिफ्ट z = 9.9837 वर — जेव्हा विश्व फक्त 47 कोटी वर्षांचे होते.

त्याची रुंद हायड्रोजन-बीटा रेषा, जी दृश्य निळसर-हिरव्या प्रकाशाच्या रूपात उत्सर्जित होते, सुमारे अकरापट (1 + z) ताणली जाऊन अवरक्त प्रकाशात 5.35 मायक्रोमीटरवर आपल्यापर्यंत पोहोचते, वेबच्या प्रमाणित प्रक्रियेच्या 5.3-मायक्रोमीटर मर्यादेच्या अगदी पलीकडे. संग्रहाची प्रक्रिया वर्णपटाचा तो अतिरिक्त भाग परत मिळवते म्हणूनच ती दिसू शकली.

सात गाळण्यांमधील MoM-BL-z10 च्या वेब प्रतिमा (वर) आणि त्याचा वर्णपट, उजवीकडे बसवलेल्या रुंद हायड्रोजन-बीटा रेषेसह. — आकृती 1, Cai et al. (2026), arXiv:2610.28735, CC BY 4.0.

कृष्णविवराचे वजन

रुंद रेषा 3.87 इतक्या संकेत-गोंगाट गुणोत्तराने आढळली आहे — लेखकांनी आधीच ठरवलेल्या 3 या उंबरठ्याच्या जेमतेम वर. आपल्याकडे येणाऱ्या वायूचा प्रकाश एका बाजूला सरकतो, दूर जाणाऱ्या वायूचा दुसऱ्या बाजूला (डॉप्लर परिणाम), त्यामुळे रेषेची रुंदी वेगांच्या पसाऱ्याच्या रूपात मोजली जाते: दर सेकंदाला 3,480 किलोमीटर (मोठ्या अनिश्चिततांसह: −950, +2,040). निऑन आणि ऑक्सिजनच्या इतर रेषांची गुणोत्तरे या वस्तूला सामान्य तारानिर्मिती करणाऱ्या दीर्घिकांऐवजी सक्रिय केंद्रकांमध्ये ठेवतात.

वायूचा वेग आणि स्रोताची तेजस्विता एकत्र करून — तीच तेजस्विता ठरवते की प्रकाश किती मोठ्या भागातून येतो — “व्हायरियल” वस्तुमान मिळते — रेडशिफ्ट 10 वरील असा पहिलाच अंदाज:

• क्वेसारसाठी वापरल्या जाणाऱ्या प्रमाणित पद्धतीने, सुमारे 3.6 कोटी सौर वस्तुमाने (3.6 × 10⁷, साधारण 1.9 ते 9.4 कोटी दरम्यान), त्याच्या सैद्धांतिक कमाल दराच्या, म्हणजे एडिंग्टन मर्यादेच्या, 11% दराने द्रव्य गिळत — ही ती कमाल मर्यादा, जिच्या पलीकडे आत कोसळणाऱ्या द्रव्याचा प्रकाशच वायूला दूर ढकलतो आणि कृष्णविवराला उपाशी ठेवतो;
• लिटल रेड डॉट्ससाठी सुचवलेल्या पद्धतीने, आणि ते त्या कमाल दराने गिळत आहे असे गृहीत धरून, सुमारे 21 लाख सौर वस्तुमाने — 17 पट कमी.

ही वस्तू संक्षिप्त दिसते आणि लिटल रेड डॉटकडून अपेक्षित रंग तिच्यात आहेत, पण सध्याच्या माहितीवरून लेखक तिचे तसे वर्गीकरण करणे टाळतात.

फार जड, फार लवकर

रेडशिफ्ट 25 पासून सुरुवात करून, असे कृष्णविवर कसे वाढले असेल याचा चमूने माग काढला — म्हणजे ते जिथे दिसते त्या 47 कोटी वर्षांच्या कितीतरी आधीपासून. हलक्या बीजापासून — 10 ते 100 सौर वस्तुमानांच्या ताऱ्याचा अवशेष — 3.6 कोटी सौर वस्तुमानांपर्यंत पोहोचण्यासाठी सरासरी एडिंग्टन मर्यादेच्या सुमारे दुप्पट दर लागतो. 10,000 ते 1,00,000 सौर वस्तुमानांचे जड बीज, कदाचित वायुमेघाच्या थेट कोसळण्यातून जन्मलेले, मर्यादेच्या दराने गिळत तिथे पोहोचू शकते. निरीक्षित 11% दराने ते कधीच इतके मोठे होऊ शकले नसते: भूतकाळात ते अधिक वेगाने खात असले पाहिजे.

वाढीचे संभाव्य इतिहास: पिवळा तारा (प्रमाणित वस्तुमान) अशा ठिकाणी आहे जिथे हलक्या बीजांना एडिंग्टन-पार गिळणे लागते आणि जड बीजे पुरेशी ठरतात. — आकृती 5, Cai et al. (2026), arXiv:2610.28735, CC BY 4.0.

कमी वस्तुमानापर्यंतही, मर्यादेच्या दराने वाढणाऱ्या ताऱ्याच्या बीजापासून पोहोचणे कठीणच राहते.

वेबच्या क्षमतेच्या कडेवर

MoM-BL-z10 आता ज्ञात असलेले सर्वांत दूरचे रुंद-रेषा सक्रिय केंद्रक आहे, z = 9.29 वरील CAPERS-LRD-z9 च्याही पलीकडचे. रेडशिफ्ट 10 जवळचे दोन पूर्वीचे उमेदवार, UHZ1 आणि GN-z11, यांच्यात कधीही खात्रीशीरपणे आढळलेली रुंद रेषा दिसली नाही. इथे हायड्रोजन रेषा वेबच्या वर्णपटमापकाच्या अगदी कडेवर असल्याने, लेखकांना शंका आहे की अशा प्रकारे अंधुक कृष्णविवरे शोधण्यासाठी रेडशिफ्ट 10 ही व्यावहारिक मर्यादेच्या जवळ असू शकते. संपूर्ण सूचीसह एक मोठा शोध तयार होत आहे.