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

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.

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

Szczegóły badania

Nowy artykuł szczegółowo opisujący badania JWST, prowadzone pod auspicjami programu Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS), został niedawno udostępniony pod adresem arXiv Przed opublikowaniem formalnej recenzji naukowej w the Dziennik astrofizyczny.

Prace, kierowane przez Alison Kirkpatrick, adiunkta fizyki i astronomii na ALK, skupiały się na długo badanym obszarze wszechświata zwanym rozszerzoną poprzeczką Grotha, położonym 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 wyglądają galaktyki podczas szczytowego formowania się gwiazd we wszechświecie” – powiedział Kirkpatrick. „To spojrzenie wstecz w czasie od 7 do 10 miliardów lat w przeszłość. Wykorzystaliśmy instrument średniej podczerwieni na Kosmicznym Teleskopie Jamesa Webba, aby przyjrzeć się pyłowi w galaktykach, które istniały 10 miliardów lat w przeszłości i pył ten mógł maskować proces powstawania Gwiazd trwałych i może ukrywać rosnące supermasywne czarne dziury. Przeprowadziłem więc pierwsze badanie, aby szukać tych supermasywnych czarnych dziur czających się w centrach tych galaktyk.

Pokazujemy MIRI wskazującą na 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 region 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 ogromnej masy Czarna dziura W środku znajdują się bardziej ekscytujące aktywne jądra, które są bardziej ekscytującymi zakłóceniami, które przyciągają gaz i wykazują jasność nieobecną w typowych czarnych dziurach.

Kirkpatrick i wielu innych astrofizyków spodziewało się, że badanie o wysokiej rozdzielczości przeprowadzone przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba pozwoli zidentyfikować lokalizacje znacznie większej liczby aktywnych aktywnych galaktyk niż poprzednie badanie przeprowadzone 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 wielkim zaskoczeniem” – powiedział Kirkpatrick. „Jednym z ważnych odkryć był niedobór szybko rosnących supermasywnych czarnych dziur. Odkrycie to zrodziło pytania o to, gdzie takie rzeczy istnieją. Jak się okazuje, te czarne dziury prawdopodobnie rosną w wolniejszym tempie niż wcześniej sądzono, co jest interesujące, biorąc pod uwagę, że galaktyki, które badali. To jak nasza galaktyka. droga Mleczna z przeszłości. Poprzednie obserwacje za pomocą Spitzera pozwoliły nam badać jaśniejsze, masywniejsze galaktyki zawierające szybko rosnące supermasywne czarne dziury, dzięki czemu są łatwiejsze do wykrycia.

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.

Powiedziała: „Wyniki badania wskazują, że te czarne dziury nie rosną szybko, pochłaniają ograniczoną ilość materiału i mogą nie wpływać znacząco na galaktyki macierzyste”. „To odkrycie otwiera zupełnie nową perspektywę na wzrost czarnych dziur, ponieważ nasza obecna wiedza opiera się w dużej mierze na najbardziej masywnych czarnych dziurach w największych galaktykach, które mają duży wpływ na swoje gospodarze, ale mniejsze czarne dziury w tych galaktykach prawdopodobnie mają znaczący wpływ.” NIE.”

Inżynierowie skrupulatnie pracowali nad wszczepieniem instrumentu średniej podczerwieni Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba w ISIM, czyli modułem zintegrowanego instrumentu naukowego, w pomieszczeniu czystym w Centrum Lotów Kosmicznych Goddard NASA w Greenbelt w stanie Maryland. Jako następca Kosmicznego Teleskopu Hubble’a należącego do NASA , 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.

Astronom z Uniwersytetu w Kuwejcie powiedział, że kolejnym zaskakującym wynikiem jest brak pyłu w tych galaktykach.

„Za pomocą Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba możemy zidentyfikować znacznie mniejsze galaktyki niż kiedykolwiek wcześniej, w tym galaktyki wielkości Drogi Mlecznej lub nawet mniejsze, co wcześniej było niemożliwe przy takich przesunięciach ku czerwieni (odległości kosmiczne)” – powiedział Kirkpatrick. „Zwykle najbardziej masywne galaktyki mają 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 podważa moje oczekiwania i dostarcza kolejnego interesującego odkrycia.”

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

„Nasza czarna dziura wydaje się być całkiem 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 aktywnych jąder galaktycznych, 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, co pozostaje pytaniem bez odpowiedzi.

Odniesienie: „7. główny artykuł CEERS: JWST/MIRI ujawnia słabą populację galaktyk w kosmiczne południe niewidoczne dla Spitzera” autorstwa Alison Kirkpatrick, Guang Yang, Aurélien Le Bell, Greg Troiani, Eric F. Bell, Nico J. Cleary, David Elbaz, Stefan L. Finkelstein, Nimesh B. HathiMichaela HirschmanBen W.HolwerdaDale D. Koszewski, Ray A. Lucas, Jed McKinney, Casey Papovich, Pablo J. Perez Gonzalez, Alexander de la Vega, Michaela B. Bagley, Emanuel Duddy, Mark Dickinson, Henry C. Ferguson, Adriano Fontana, Andrea Grazian, Norman A. Grojin, Pablo Arrabal Haro, Jehan S. Kartaltepe, Lisa J. Kelly, Anton M. Kokemuir, Jennifer M. Lutz, Laura Pinterici, Noor Pierzkal, Swara Ravindranath, Rachel S. Somerville, Jonathan R. Trumpa, Stephena M. Wilkins, LE Aaron Young, podpułkownik, Dziennik astrofizyczny.
arXiv:2308.09750

Niedawno Kirkpatrick zapewnił sobie w JWST dużo nowego czasu na przeprowadzenie szerszych badań pola 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. Zakończenie prac zaplanowano na styczeń 2024 roku.