Co stało się ze wszystkimi supermasywnymi czarnymi dziurami? Astronomowie byli zaskoczeni danymi Webba

Badania przeprowadzone za pomocą Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba wykazały, że aktywne jądra galaktyczne i szybko rosnące supermasywne czarne dziury są mniej powszechne, niż wcześniej sądzono. Odkrycie to wskazuje na bardziej stabilny Wszechświat i zapewnia wgląd w słabsze galaktyki oraz wyzwania związane z identyfikacją tych jąder.

Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba Badanie ujawniło mniej supermasywnych czarnych dziur, niż zakładano

Przegląd obszaru Wszechświata na Uniwersytecie w Kansas za pomocą Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba ujawnił aktywne jądra galaktyczne – supermasywne czarne dziury, które szybko powiększają się – które są rzadsze, niż wielu astronomów wcześniej zakładało.

Odkrycia dokonane za pomocą instrumentu średniej podczerwieni (MIRI) należącego do JWST sugerują, że nasz Wszechświat może być nieco bardziej stabilny, niż zakładano. Praca zapewnia także wgląd w obserwacje słabych galaktyk, ich właściwości i wyzwania związane z definiowaniem AGN.

Szczegóły badania

Nowy artykuł szczegółowo opisujący badania JWST, które przeprowadzono pod auspicjami programu Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS), został niedawno udostępniony pod adresem arXiv Przed publikacją oficjalnej recenzji w the Dziennik astrofizyczny.

Prace, którymi kierowała Alison Kirkpatrick, adiunkt fizyki i astronomii na Uniwersytecie w Kuwejcie, skupiały się na długo badanym regionie Wszechświata zwanym Barą Groth, który leży pomiędzy konstelacjami Wielkiej Niedźwiedzicy i Boötes. Jednak poprzednie badania tego regionu opierały się na słabszej generacji teleskopów kosmicznych.

„Nasze obserwacje przeprowadzono w czerwcu i grudniu ubiegłego roku, a naszym celem było opisanie, jak wyglądały galaktyki w szczytowym okresie formowania się gwiazd we wszechświecie” – powiedział Kirkpatrick. „To spojrzenie w przeszłość od 7 do 10 miliardów lat. Użyliśmy instrumentu średniej podczerwieni na Kosmicznym Teleskopie Jamesa Webba, aby przyjrzeć się pyłowi w galaktykach, które istniały 10 miliardów lat w przeszłości, a pył ten może maskuje proces powstawania trwałych gwiazd i może ukrywać rosnące supermasywne czarne dziury. Dlatego przeprowadziłem pierwsze badanie, aby szukać tych supermasywnych czarnych dziur czających się w centrach tych galaktyk.

Pokazujemy MIRI wskazującą 1 (prawy panel) wraz z obserwacjami Spitzera/IRAC (w środku) i MIPS (po lewej)
Ten sam obszar. Apertury pokazują lokalizację wykrytych źródeł na każdym obrazie (tylko obszar MIRI). Dla MIPS (IRAC)
Na zdjęciu otwory mają średnicę 6 cali (2 cale), co odpowiada rozmiarowi wiązki urządzenia. Na obrazie IRAC kolor niebieski odpowiada kanałowi
1 (3,6 µm), zielony odpowiada kanałowi 2 (4,5 µm), a czerwony odpowiada kanałowi 3 (5,8 µm). Na obrazie MIRI filtr 770W jest niebieski, F1000W jest zielony, a F1280W czerwony. Źródło: Kirkpatrick i in., arXiv:2308.09750

Wyniki i implikacje

Podczas gdy każda galaktyka charakteryzuje się obecnością masywnej masy Czarna dziura A pośrodku znajdują się bardziej ekscytujące aktywne jądra, bardziej ekscytujące zaburzenia, które przyciągają gaz i wykazują jasność, której nie ma w typowych czarnych dziurach.

Kirkpatrick i kilku innych astrofizyków przewidziało, że badanie w wyższej rozdzielczości przeprowadzone przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba zlokalizuje o wiele więcej aktywnych aktywnych galaktyk niż poprzednie badanie za pomocą Kosmicznego Teleskopu Spitzera. Jednakże, nawet przy zwiększeniu mocy i czułości MIRI, w nowym badaniu odkryto kilka dodatkowych AGN.

„Wyniki wyglądały zupełnie inaczej, niż się spodziewałem, co było dla mnie pierwszym dużym zaskoczeniem” – powiedział Kirkpatrick. „Jednym z ważnych odkryć była rzadkość występowania szybko rosnących supermasywnych czarnych dziur. Odkrycie to zrodziło pytania o to, gdzie te obiekty mogą być zlokalizowane. Jak się okazuje, te czarne dziury prawdopodobnie będą rosły wolniej niż wcześniej sądzono, co jest interesujące, biorąc pod uwagę, że badane przeze mnie galaktyki są podobne do naszej. droga Mleczna z przeszłości. Poprzednie obserwacje za pomocą Spitzera pozwoliły nam badać jaśniejsze, masywniejsze galaktyki zawierające szybko rosnące supermasywne czarne dziury, co ułatwia ich dostrzeżenie.

Kirkpatrick powiedział, że ważną zagadką w astronomii jest zrozumienie, w jaki sposób typowe supermasywne czarne dziury, takie jak te występujące w galaktykach takich jak Droga Mleczna, rosną i wpływają na swoją galaktykę macierzystą.

„Wyniki badania wskazują, że te czarne dziury nie rosną szybko, pochłaniają ograniczoną ilość materiału i mogą nie wpływać znacząco na galaktyki macierzyste” – powiedziała. „To odkrycie otwiera zupełnie nową perspektywę na rozwój czarnych dziur, ponieważ nasze obecne zrozumienie w dużej mierze opiera się na tym, że masywniejsze czarne dziury w największych galaktykach wywierają duży wpływ na swoje gospodarze, ale jest prawdopodobne, że mniejsze czarne dziury w tych galaktykach mają znaczący wpływ.” NIE.”

Inżynierowie skrupulatnie pracowali nad wszczepieniem instrumentu średniej podczerwieni ISIM należącego do Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba, czyli modułu zintegrowanego instrumentu naukowego, w pomieszczeniu czystym w Centrum Lotów Kosmicznych Goddarda NASA w Greenbelt w stanie Maryland. Jako następca sondy Kosmicznego Teleskopu Hubble’a należącej do NASA , to będzie Teleskop Webba to najpotężniejszy teleskop kosmiczny, jaki kiedykolwiek zbudowano. Będzie obserwował najdalsze obiekty we wszechświecie, dostarczał obrazy pierwszych powstałych galaktyk i widział niezbadane planety krążące wokół odległych gwiazd.

Kolejnym zaskakującym odkryciem, powiedział astronom z Uniwersytetu w Kuwejcie, jest brak pyłu w tych galaktykach.

„Dzięki Kosmicznemu Teleskopowi Jamesa Webba możemy zidentyfikować znacznie mniejsze galaktyki niż kiedykolwiek wcześniej, w tym galaktyki tak duże jak Droga Mleczna lub nawet mniejsze, co wcześniej było niemożliwe przy takich przesunięciach ku czerwieni (odległości kosmiczne)” – powiedział Kirkpatrick. „Zazwyczaj bardziej masywne galaktyki zawierają dużo pyłu ze względu na szybkie tempo powstawania gwiazd. Zakładałem, że galaktyki o mniejszej masie również będą zawierać duże ilości pyłu, ale tak się nie stało, co przeczy moim oczekiwaniom i stanowi kolejne interesujące odkrycie.

Według Kirkpatricka praca ta zmienia zrozumienie sposobu wzrostu galaktyk, szczególnie w odniesieniu do Drogi Mlecznej.

„Nasza czarna dziura wydaje się być całkowicie spokojna i nie wykazuje dużej aktywności” – powiedziała. „Jednym z ważnych pytań dotyczących Drogi Mlecznej jest to, czy jest ona aktywna, czy też przeszła przez fazę AGN. Jeśli większości galaktyk, takich jak nasza, brakuje wykrywalnych AGN, może to oznaczać, że nasza czarna dziura nie była bardziej aktywna w przeszłości. Ostatecznie wiedza ta pomoże ograniczyć i zmierzyć masy czarnych dziur oraz rzucić światło na pochodzenie wzrostu czarnych dziur, które pozostaje pytaniem bez odpowiedzi.

Odniesienie: „CEERS Primary Paper VII: JWST/MIRI Reveals Few Galaxies in Cosmic Noon Unseen by Spitzer” autorstwa Allison Kirkpatrick, Guang Yang, Aurelian Le Bell, Greg Troiani, Eric F Bell, Nico J. Cleary, David Elbaz, Stephen L. Finkelstein, Nimish B. HathiMichaela HirschmanBen W.HolwerdaDale D. Koszewski, Ray A. Lucas, Jade McKinney, Casey Babovic, Pablo J. Perez Gonzalez, Alexandre de la Vega, Michaela B. Bagley, Emmanuel Daddy, Mark Dickinson, Henry C. Ferguson, Adriano Fontana, Andrea Grazian, Norman A. Grosjean, Pablo Arrabal Haro, Jehan S. Kartaltepe, Lisa J. Kelly, Anthony M. Cookmuir, Jennifer M. Lutz, Laura Pinterici, Noor Birzkal, Swara Ravindranath, Rachel S. Somerville, Jonathan R. Trumpa, Stephena M. Wilkins, Los Angeles, Aaron Young, prezenter. Dziennik astrofizyczny.
arXiv:2308.09750

Kirkpatrick otrzymał niedawno nowy staż w JWST w celu przeprowadzenia szerszego badania terenowego Extended Groth Strip przy użyciu MIRI. Jej obecna praca dotyczyła około 400 galaktyk. Nadchodzące badanie (MEGA: MIRI EGS Galaxy i AGN Survey) obejmie około 5000 galaktyk. Termin wykonania prac zaplanowano na styczeń 2024 roku.