Korzystając z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST), astronomowie odkryli „niezwykle czerwoną” supermasywną czarną dziurę rosnącą w tajemniczym wczesnym wszechświecie.
Czerwony kolor supermasywnej czarnej dziury, widoczny około 700 milionów lat po Wielkim Wybuchu, jest wynikiem rozszerzania się Wszechświata. W miarę jak Wszechświat rozszerza się na zewnątrz we wszystkich kierunkach, światło zmierzające w naszą stronę ulega przesunięciu ku czerwieni. W tym przypadku przesunięte ku czerwieni światło wskazuje na gruby płaszcz gazu i pyłu pokrywający czarną dziurę.
Badając dane z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba, zespół astronomów kierowany przez Lukasa Furtaka i Adi Zitrina z Uniwersytetu Ben-Guriona na Negewie był w stanie określić masę supermasywnej czarnej dziury. Ma około 40 milionów mas Słońca i jest nieoczekiwanie masywna w porównaniu z galaktyką, w której żyje.
Zespół odkrył również, że supermasywna czarna dziura, znajdująca się około 12,9 miliarda lat świetlnych od Ziemi, szybko żeruje na otaczającym ją gazie i pyłze. Inaczej mówiąc, rośnie.
Powiązany: Najjaśniejszy kwazar w historii czerpie energię z czarnej dziury, która „codziennie pożera słońce”
„Byliśmy bardzo podekscytowani, gdy Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba zaczął przesyłać swoje pierwsze dane. Skanowaliśmy dane, które nadeszły w ramach programu UNCOVER i trzy bardzo kompaktowe, ale wyraźnie kwitnące czerwone obiekty wyróżniały się i przykuły naszą uwagę.” – stwierdził w oświadczeniu. „Jego wygląd jako «czerwona kropka» natychmiast skłonił nas do podejrzeń, że był to obiekt podobny do kwazara”.
„Trzy czerwone kropki”
Kwazary powstają, gdy duże ilości materii otaczają supermasywne czarne dziury, takie jak ta. Materia ta tworzy dysk gazu i pyłu zwany dyskiem akrecyjnym, który stopniowo zasila czarną dziurę. Masywny wpływ grawitacyjny czarnej dziury porusza tę materię, generując ekstremalne temperatury i powodując jej świecenie.
Ponadto materia, która nie wpada do supermasywnej czarnej dziury, kierowana jest w stronę biegunów kosmicznego giganta. Cząstki w tych obszarach są przyspieszane do prędkości bliskich prędkości światła w postaci wysoce równoległych dżetów. Kiedy te relatywistyczne strumienie eksplodują, eksplozjom towarzyszą jasne emisje elektromagnetyczne.
W wyniku tych zjawisk kwazary wspierane przez supermasywne czarne dziury w aktywnych jądrach galaktycznych (AGN) są często tak jasne, że emitowane przez nie światło często przewyższa łączne światło wszystkich gwiazd w otaczającej galaktyce.
Ogromna ilość promieniowania emitowanego wokół tej supermasywnej czarnej dziury spowodowała, że w danych JWST przyjęła ona wygląd przypominający małą kropkę.
„Analiza kolorów obiektu wykazała, że nie była to typowa galaktyka gwiazdotwórcza. To potwierdza hipotezę supermasywnej czarnej dziury” – stwierdziła w oświadczeniu Rachel Bezanson z Uniwersytetu w Pittsburghu i współprzewodnicząca programu UNCOVER. „W połączeniu z jej niewielkimi rozmiarami stało się jasne, że najprawdopodobniej jest to supermasywna czarna dziura, choć wciąż różni się od innych kwazarów obecnych w tamtych czasach.”
Wczesny kwazar nie zostałby dostrzeżony nawet przez potężne oko podczerwone JWST bez niewielkiej pomocy w wyniku uderzenia przewidzianego przez Alberta Einsteina w 1915 roku.
Soczewka Einsteina
Ogólna teoria względności Einsteina zakłada, że obiekty posiadające masę zniekształcają strukturę przestrzeni i czasu, które w rzeczywistości łączą się w jedną całość zwaną „czasoprzestrzenią”. Teoria głosi, że grawitacja powstaje w wyniku tej krzywizny. Im większa masa obiektu, tym większa „ekstremalna” krzywizna czasoprzestrzeni.
Zatem ta krzywizna nie tylko mówi planetom, jak poruszać się wokół gwiazd i gwiazd oraz jak poruszać się wokół centrów swoich galaktyk, ale także zmienia ścieżki światła wychodzącego z tych gwiazd.
Im światło znajduje się bliżej obiektu mającego masę, tym bardziej „zakrzywiona” jest jego droga. W ten sposób różne ścieżki światła z pojedynczego obiektu tła mogą zostać zakrzywione przez pierwszy plan, czyli „obiekt soczewki”, zmieniając wygląd położenia obiektu tła. Czasami efekt może powodować pojawienie się obiektu tła w wielu miejscach tego samego obrazu nieba. Innym razem światło obiektu tła jest po prostu wzmacniane, a obiekt jest powiększany.
Zjawisko to znane jest jako „soczewkowanie grawitacyjne”.
W tym przypadku Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba wykorzystał gromadę galaktyk o nazwie Abell 2744 jako obiekt soczewkujący na pierwszym planie, wzmacniający światło z galaktyk tła, które są zbyt odległe, aby je zobaczyć. Ujawniło to bardzo czerwony kwazar, na którym się skupili, a który pierwotnie składał się z trzech czerwonych kropek.
„Wykorzystaliśmy numeryczny model soczewkowania, który zbudowaliśmy dla gromady galaktyk, aby ustalić, że trzy czerwone kropki muszą być wielokrotnymi obrazami tego samego źródła tła, widzianymi, gdy Wszechświat miał zaledwie około 700 milionów lat” – powiedział Zittrain.
Dalsza analiza źródła tła ujawniła, że jego światło musi pochodzić z zwartego obszaru.
„Całe światło tej galaktyki musiałoby zmieścić się w obszarze tak małym jak istniejąca gromada gwiazd” – powiedziała członkini zespołu Jenny Green, badaczka z Uniwersytetu Princeton. „Powiększenie uzyskane przez soczewkowanie grawitacyjne dało nam fantastyczne ograniczenia wielkości”. oświadczenie. „Nawet gdybyśmy upakowali wszystkie potencjalne gwiazdy w tak małym obszarze, czarna dziura stanowiłaby co najmniej 1% całkowitej masy układu”.
Odkrycie to dodaje jeszcze większej tajemnicy temu, jak supermasywne czarne dziury, które mogą być miliony (a nawet miliardy) razy masywniejsze od Słońca, urosły do tak masywnych rozmiarów w początkach wszechświata.
„Odkryto obecnie, że kilka innych supermasywnych czarnych dziur we wczesnym Wszechświecie wykazuje podobne zachowanie, co prowadzi do interesujących perspektyw na rozwój czarnej dziury i galaktyki macierzystej oraz interakcji między nimi, które nie są dobrze poznane” – powiedział Green. .
Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba z biegiem czasu wykrył dużą liczbę „małych czerwonych kropek”. Mogą one również wskazywać na zasilanie masywnych kwazarów zasilanych przez czarne dziury we wczesnym Wszechświecie, co może wkrótce oznaczać rozwiązanie tajemnicy niesamowitego wzrostu czarnych dziur.
„W pewnym sensie jest to astrofizyczny odpowiednik problemu kury i jajka” – podsumował Zittrain. „Obecnie nie wiemy, co było pierwsze: galaktyka czy czarna dziura, jak masywne były pierwsze czarne dziury i jak rosły”.
Wyniki badań zespołu opublikowano 14 lutego w czasopiśmie Nature.
„Nieuleczalny student. Społeczny mediaholik. Niezależny czytelnik. Myśliciel. Alkoholowy ninja”.
More Stories
Kiedy astronauci wystartują?
Podróż miliardera w kosmos jest „ryzykowna”
Identyczne ślady dinozaurów odkryto na dwóch kontynentach