_ Astronomii detectează o gaură neagră supermasivă extrem de roșie în universul timpuriu crescând în umbră

Analizarea imaginilor de la telescopul spațial James Webb (JWST), un grup de astronomi condus de dr. Lukas Furtak și prof. Adi Zitrin de la Universitatea Ben-Gurion din Negev a detectat o gaură neagră supermasivă extrem de roșie, cu lentile gravitaționale, în universul timpuriu. Culorile sale sugerează că gaura neagră se află în spatele unui văl gros de praf care ascunde o mare parte din lumina sa. Echipa a reușit să măsoare masa găurii negre și a descoperit că aceasta era semnificativ mai masivă, în comparație cu galaxia gazdă, decât ceea ce s-a văzut în mai multe exemple locale.

Descoperirea este publicată în Nature.

JWST, lansat în urmă cu doi ani, a revoluționat viziunea noastră asupra formării timpurii a galaxiilor. A dus la detectarea unor galaxii foarte timpurii cu abundențe mai mari și luminozități mai mari decât se prevedea anterior și a dezvăluit câteva tipuri noi de obiecte.

Grupul de astronomi detectase în imaginile JWST ceea ce părea a fi o lentilă. , obiect asemănător quasarului din universul timpuriu. Quazarii sunt nuclee galactice active strălucitoare: găuri negre supermasive în centrele galaxiilor care acumulează în mod activ material.

Acreția de material pe gaura neagră emite cantități mari de radiații care strălucesc galaxia gazdă, ducând la o compact și luminos, aspect de stea. Imaginile JWST în care Furtak și Zitrin au identificat obiectul au fost realizate pentru programul UNCOVER, care a fotografiat câmpul unui grup de galaxii, Abell 2744, la o adâncime fără precedent.

Deoarece clusterul conține cantități mari de galaxii. masa, curbează spațiu-timp - sau căile razelor de lumină care călătoresc în apropierea lui - creând efectiv o lentilă gravitațională. Lentila gravitațională mărește galaxiile de fundal din spatele ei și le permite astronomilor să observe galaxii și mai îndepărtate decât ar fi posibil altfel.

„Am fost foarte încântați când JWST a început să trimită primele date. Scanam datele care au ajuns pentru programul UNCOVER și trei obiecte foarte compacte, dar cu înflorire roșie, au ieșit în evidență și ne-au atras atenția”, spune dr. Lukas Furtak, cercetător postdoctoral la BGU și autorul principal al lucrărilor de descoperire. „Aspectul lor „punct roșu” ne-a făcut imediat să bănuim că era un obiect asemănător quasarului.”

Furtak și grupul UNCOVER au început să investigheze obiectul. „Am folosit un model de lentile numerice pe care l-am construit pentru clusterul de galaxii pentru a determina că cele trei puncte roșii trebuie să fie mai multe imagini ale aceleiași surse de fundal, văzute când universul avea doar aproximativ 700 de milioane de ani”, spune prof. Zitrin. , un astronom la BGU și unul dintre autorii principali ai lucrărilor de descoperire.

„Analiza culorilor obiectului a indicat că nu era o galaxie tipică formatoare de stele. Aceasta a susținut și mai mult ipoteza găurii negre supermasive, „, spune prof. Rachel Bezanson, de la Universitatea din Pittsburgh și co-conducător al programului UNCOVER. „Împreună cu dimensiunea sa compactă, a devenit evident că aceasta era probabil o gaură neagră supermasivă, deși era încă diferită de ceilalți quasari găsiți la acele vremuri timpurii”, a adăugat prof. Bezanson. Descoperirea obiectului unic roșu și compact a fost publicată anul trecut în Astrophysical Journal. Dar acesta a fost doar începutul poveștii.

Echipa a obținut apoi date JWST/NIRSpec ale celor trei imagini ale „punctului roșu” și a analizat datele. „Spectrele au fost pur și simplu uimitoare”, spune prof. Ivo Labbé, de la Universitatea de Tehnologie Swinburne și co-conducător al programului UNCOVER, „Combinând semnalul din cele trei imagini împreună cu mărirea lentilelor, spectrul rezultat este echivalent. la ~1700 de ore de observare de către JWST pe un obiect fără lentilă, ceea ce îl face cel mai profund spectru pe care l-a obținut JWST pentru un singur obiect din universul timpuriu.”

„Folosind spectre, am reușit nu numai să confirmăm că obiectul compact roșu era o gaură neagră supermasivă și să măsurăm deplasarea sa exactă spre roșu, dar și să obținem o estimare solidă a masei sale din lățimea liniilor sale de emisie. ”, spune autorul principal dr. Furtak. „Gazul orbitează în câmpul gravitațional al găurii negre și atinge viteze foarte mari care nu se văd în alte părți ale galaxiilor. Din cauza deplasării Doppler, lumina emisă de materialul care se acreează este deplasată spre roșu pe o parte și deplasată spre albastru. pe de altă parte, în funcție de viteza sa. Acest lucru face ca liniile de emisie din spectru să devină mai largi."

Dar măsurarea a dus la încă o surpriză: masa găurii negre pare a fi excesiv de mare în comparație cu masa galaxiei gazdă.

„Toată lumina acelei galaxii trebuie să se încadreze într-o regiune minusculă de dimensiunea unui grup de stele actual. Mărirea lentilei gravitaționale a sursei ne-a oferit limite rafinate în ceea ce privește dimensiunea. Chiar și împachetând toate stele posibile într-o regiune atât de mică, gaura neagră ajunge să fie cel puțin 1% din masa totală a sistemului”, spune prof. Jenny Greene de la Universitatea Princeton și unul dintre autorii principali ai lucrării recente.

"De fapt, s-a descoperit că alte câteva alte găuri negre supermasive din universul timpuriu prezintă un comportament similar, ceea ce duce la câteva vederi interesante despre creșterea găurii negre și a galaxiei gazdă și a interacțiunii dintre ele, care nu este bine înțeles.”

Astronomii nu știu dacă astfel de găuri negre supermasive cresc, de exemplu, din rămășițe stelare sau poate din material care s-a prăbușit direct în găurile negre din universul timpuriu.

„Într-un fel, este echivalentul astrofizic al problemei puiului și ouălor”, spune prof. Zitrin. „În prezent nu știm care a fost primul – galaxia sau gaura neagră, cât de masive au fost primele găuri negre și cum au crescut.”

Deoarece multe alte astfel de „puncte roșii” și alte galactice active. nucleele au fost detectate recent cu JWST, sperăm că vom avea o idee mai bună în curând.

(Fluierul)