JWST znajduje najbardziej aktywną supermasywną czarną dziurę

Astronomowie cofają nasze spojrzenie na Wszechświat w czasie, a ich teleskopy wciąż odkrywają niespodzianki. Tak jest w przypadku supermasywnej czarnej dziury w CEERS 1019, bardzo wczesnej, odległej galaktyce.

Jak wcześnie? Istniał i składał się około 570 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) dostrzegł ją i zbadał jej czarną dziurę. Zebrano również dane dotyczące dwóch innych czarnych dziur, które istniały, gdy Wszechświat miał około miliarda lat.

Odkrycia galaktyk i czarnych dziur są częścią specjalnego programu obserwacyjnego JWST. Nazywa się to Kosmiczną Ewolucyjną Nauką Wczesnego Uruchomienia (CEERS). Chodzi o to, aby uzyskać szczegółowe obrazy i widma wczesnych i odległych obiektów w świetle podczerwonym i średniej podczerwieni. Obiekty we wczesnym wszechświecie fluoryzują w świetle ultrafioletowym i widzialnym. Jednak zanim ich światło do nas dotrze, „rozszerzyło się” w systemie podczerwieni. Ponieważ podczerwień może również penetrować zakurzone obszary, zapewnia dodatkową zaletę widzenia rzeczy, które w przeciwnym razie byłyby ukryte.

Znalezienie czarnych dziur we wczesnym wszechświecie we wczesnych galaktykach otwiera nasze zrozumienie tamtego czasu w historii kosmosu. Było to krótko po Wielkim Wybuchu. Na przykład nowo odkryta galaktyka CEERS i jej aktywna supermasywna czarna dziura zaskoczyły astronomów. CEERS 1019 istniał w czasie, gdy formowały się pierwsze galaktyki. Więc musi być stosunkowo mały i pozbawiony cech charakterystycznych, prawda? A jeśli miały czarne dziury w tej wczesnej erze, musiały mieć stosunkowo małą masę (jak na czarne dziury). Prawidłowy?

Mała galaktyka i jej czarna dziura

Cóż, to skomplikowane. Okazuje się, że te czarne dziury są mniej masywne. Ale przynajmniej jeden z nich jest wciąż za duży. Skąd to wiemy? Według Steve’a Finkelsteina, głównego badacza przeglądu CEERS, JWST może badać zarówno wczesne galaktyki, jak i ich czarne dziury. „Do tej pory poszukiwanie rzeczy we wczesnym wszechświecie było w dużej mierze teoretyczne” – powiedział. „Korzystając z Webba, możemy nie tylko zobaczyć czarne dziury i galaktyki z dużych odległości, ale możemy teraz zacząć dokładnie je mierzyć. To jest ogromna moc tego teleskopu.”

Jak więc mierzy się CEERS 1019 i jego czarna dziura? Sama galaktyka wygląda jak trzy jasne skupiska bez dysku. Więc tak naprawdę wciąż się gromadzi i wypluwa nowe gwiazdy, budując swoją strukturę. „Nie jesteśmy przyzwyczajeni do oglądania wielu struktur na zdjęciach z takich odległości” – powiedział członek zespołu CEERS Cihan Kartaltepe, profesor astronomii w Rochester Institute of Technology w Nowym Jorku. „Połączenia galaktyk mogą być częściowo odpowiedzialne za podsycanie aktywności w czarnej dziurze tej galaktyki, co może również prowadzić do zwiększonego powstawania gwiazd”.

A ta supermasywna niemowlęca czarna dziura? Jest całkowicie zajęty połykaniem gazu i okazuje się, że zawiera 9 milionów mas Słońca. To mniej niż niektóre czarne dziury w jego wieku, ale wciąż większe niż oczekiwano. Istnieje tak wcześnie w historii, że wydaje się, że powstał bardzo krótko po początku wszechświata, co jest interesujące.

Co ciekawe, czarna dziura okazuje się być podobna do Sagittarius A*, znajdującego się w centrum Drogi Mlecznej. I to jest ekscytujące, nawet jeśli wciąż jest zaskakujące. „Patrzenie na ten odległy obiekt za pomocą tego teleskopu jest bardzo podobne do patrzenia na dane z czarnych dziur znalezionych w galaktykach bliskich naszej” – powiedziała Rebecca Larson, niedawna doktorantka. Ukończył UT Austin, który prowadził badania nad tymi rzeczami. „Jest zbyt wiele linii widmowych do analizy!”

wokół tych linii widmowych

Podczas gdy widok w podczerwieni pokazuje nam strukturę galaktyki, linie widmowe ujawniają inne właściwości. Na przykład widma mogą określać wysokie prędkości i temperatury przepływu energii. W przypadku CEERS 1019 spektrometr rejestruje zarówno czarną dziurę, jak i jej galaktykę macierzystą. Jego dane ujawniają apetyt czarnej dziury na gaz, a także tempo powstawania gwiazd. Ciekawe będzie, czy ten scenariusz sprawdzi się w innych galaktykach w przeglądzie CEERS. Jednak w międzyczasie te pierwsze odkrycia skłaniają astronomów do udoskonalenia swoich pomysłów na temat czarnych dziur i formowania się galaktyk we Wszechświecie niemowlęcym.

W szczególności CEERS koncentruje się na tych obiektach, które istniały w epoce rejonizacji. Jest to punkt w historii kosmosu, kiedy światło zaczęło swobodnie podróżować przez rozszerzający się wszechświat. To światło pochodziło z pierwszych gwiazd i zjonizowanego gazu między gwiazdami i galaktykami. Wydaje się również, że galaktyki zaczęły się gromadzić mniej więcej w tym czasie (a być może wcześniej). Dane z przeglądu obejmują akrecję gwiazd (masę gwiazd), wynikające z tego zmiany morfologiczne w galaktykach, a także wzrost tych wczesnych czarnych dziur. Tak więc badanie tego okresu jest kluczem do śledzenia linii czasu pochodzenia i ewolucji wszechświata poprzez akrecję i transformację tych wczesnych galaktyk. To jeden z głównych celów JWST, który właśnie kończy pierwszy pełny rok obserwacji Wszechświata w podczerwieni.

po więcej informacji

Teleskop Webba odkrył najbardziej aktywną supermasywną czarną dziurę
Skoncentruj się na badaniu JWST Cosmic Evolution of Early Launch Science Survey (CEERS)

Webb odkrywa najodleglejszą jak dotąd aktywną supermasywną czarną dziurę