_ Astronomii observă lumina stelară evazivă înconjurătoare quasari antici

Astronomii MIT au observat lumina evazivă a stelelor care înconjoară unii dintre cei mai timpurii quasari din univers. Semnalele îndepărtate, care urmăresc mai bine de 13 miliarde de ani până la începutul universului, dezvăluie indicii despre modul în care au evoluat primele găuri negre și galaxii.

Quasarii sunt centrele aprinse ale galaxiilor active, care găzduiesc un nesățioasă gaură neagră supermasivă în miezul lor. Cele mai multe galaxii găzduiesc o gaură neagră centrală care se poate sărbători ocazional cu gaze și resturi stelare, generând o scurtă explozie de lumină sub forma unui inel strălucitor în timp ce materialul se învârte spre gaura neagră.

Quasari, prin contrast. , poate consuma cantități enorme de materie pe perioade mult mai lungi de timp, generând un inel extrem de strălucitor și de lungă durată — atât de strălucitor, de fapt, încât quasarii sunt printre cele mai luminoase obiecte din univers.

Deoarece sunt atât de strălucitori, încât quasarii eclipsează restul galaxiei în care locuiesc. Dar echipa MIT a reușit să observe pentru prima dată lumina mult mai slabă a stelelor din galaxiile gazdă a trei quasari antici.

Pe baza acestei lumini stelare evazive, cercetătorii au estimat masa fiecărei galaxii gazdă. , în comparație cu masa găurii sale negre supermasive centrale. Ei au descoperit că pentru acești quasari, găurile negre centrale erau mult mai masive în comparație cu galaxiile lor gazdă, în comparație cu omologii lor moderni.

Descoperirile, publicate astăzi în The Astrophysical Journal, pot arunca lumină asupra modului în care primele găuri negre supermasive au devenit atât de masive, în ciuda faptului că aveau o perioadă relativ scurtă de timp cosmic în care să crească. În special, cele mai vechi găuri negre monstruoase ar putea să fi încolțit din „semințe” mai masive decât au făcut-o găurile negre mai moderne.

„După apariția universului, au existat găuri negre de semințe care apoi au consumat material și au crescut. într-un timp foarte scurt”, spune autorul studiului Minghao Yue, post-doctorat la Institutul Kavli pentru Astrofizică și Cercetare Spațială al MIT. „Una dintre marile întrebări este să înțelegem cum acele găuri negre monstruoase ar putea crește atât de mari, atât de repede.”

„Aceste găuri negre sunt de miliarde de ori mai masive decât soarele, într-un moment în care universul este încă la început”, spune autorul studiului Anna-Christina Eilers, profesor asistent de fizică la MIT. „Rezultatele noastre sugerează că în universul timpuriu, găurile negre supermasive ar fi putut câștiga masa înainte de galaxiile lor gazdă, iar semințele inițiale ale găurii negre ar fi putut fi mai masive decât astăzi.”

Eilers și Yue's Printre coautorii se numără directorul MIT Kavli, Robert Simcoe, MIT Hubble Fellow și postdoctoratul Rohan Naidu, precum și colaboratori din Elveția, Austria, Japonia și de la Universitatea de Stat din Carolina de Nord.

Luminozitatea extremă a quasarului a fost evidentă de când astronomii a descoperit pentru prima dată obiectele în anii 1960. Ei au presupus atunci că lumina quasarului provine dintr-o singură „sursă punctuală” asemănătoare unei stea. Oamenii de știință au desemnat obiectele „quasars”, ca un portmanteau al unui obiect „cvasi-stelar”.

De la acele prime observații, oamenii de știință au realizat că, de fapt, quasarii nu sunt de origine stelară, ci emană din acumularea de găuri negre supermasive intens puternice și persistente care se află în centrul galaxiilor care găzduiesc și stele, care sunt mult mai slabe în comparație cu nucleele lor orbitoare.

A fost extrem de dificil să separi lumina de gaura neagră centrală a unui quasar. din lumina stelelor galaxiei gazdă. Sarcina este un pic ca a discerne un câmp de licurici în jurul unui reflector central masiv. Dar, în ultimii ani, astronomii au avut o șansă mult mai mare de a face acest lucru odată cu lansarea telescopului spațial James Webb (JWST) de la NASA, care a reușit să privească mai departe în timp și cu o sensibilitate și o rezoluție mult mai mare decât orice alt telescop existent. observator.

În noul lor studiu, Yue și Eilers au folosit timpul dedicat pe JWST pentru a observa șase quasari antici cunoscuți, intermitent, din toamna lui 2022 până în primăvara următoare. În total, echipa a colectat peste 120 de ore de observații ale celor șase obiecte îndepărtate.

„Quasarul își eclipsează galaxia gazdă cu ordine de mărime. Iar imaginile anterioare nu au fost suficient de clare pentru a distinge ce galaxia gazdă. cu toate stelele sale arată,” spune Yue. „Acum, pentru prima dată, putem dezvălui lumina de la aceste stele prin modelarea foarte atentă a imaginilor mult mai clare ale acelor quasari ale JWST.”

Echipa a făcut un bilanț al datelor de imagistică colectate de JWST pentru fiecare dintre ele. dintre cei șase quasari îndepărtați, pe care i-au estimat că au o vechime de aproximativ 13 miliarde de ani. Aceste date au inclus măsurători ale luminii fiecărui quasar în lungimi de undă diferite. Cercetătorii au introdus acele date într-un model despre cât de mult din acea lumină provine probabil dintr-o „sursă punctiformă” compactă, cum ar fi discul de acumulare al unei găuri negre centrale, față de o sursă mai difuză, cum ar fi lumina din stelele împrăștiate din jurul galaxiei gazdă. .

Prin această modelare, echipa a separat lumina fiecărui quasar în două componente: lumina de pe discul luminos al găurii negre centrale și lumina din stelele mai difuze ale galaxiei gazdă. Cantitatea de lumină din ambele surse este o reflectare a masei lor totale. Cercetătorii estimează că pentru acești quasari, raportul dintre masa găurii negre centrale și masa galaxiei gazdă a fost de aproximativ 1:10. Acest lucru, și-au dat seama, era în contrast puternic cu bilanțul de masă de astăzi de 1:1.000, în care găurile negre formate mai recent sunt mult mai puțin masive în comparație cu galaxiile lor gazdă.

„Acest lucru ne spune ceva despre ceea ce crește. în primul rând: este gaura neagră care crește mai întâi și apoi galaxia ajunge din urmă sau galaxia și stelele ei cresc mai întâi și domină și reglează creșterea găurii negre? explică Eilers. „Vedem că găurile negre din universul timpuriu par să crească mai repede decât galaxiile lor gazdă. Aceasta este o dovadă tentativă că semințele inițiale ale găurilor negre ar fi putut fi mai masive atunci.”

„Trebuie să existe. a fost un mecanism care a făcut ca o gaură neagră să-și câștige masa mai devreme decât galaxia gazdă în acei prim miliard de ani”, adaugă Yue. „Este un fel de prima dovadă pe care o vedem pentru asta, ceea ce este incitant.”

Această poveste este republicată prin amabilitatea MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site popular care acoperă știri despre Cercetare, inovare și predare MIT.

(Fluierul)