Čo sa stalo so všetkými supermasívnymi čiernymi dierami? Astronómovia prekvapili dátami z webu

Vesmírny ďalekohľad james Webb Prieskumy odhalili menej supermasívnych čiernych dier, ako sa očakávalo.

Prieskum University of Kansas na časti vesmíru pomocou vesmírneho teleskopu Jamesa Webba odhalil, že aktívne galaktické jadrá – supermasívne čierne diery, ktorých veľkosť sa rýchlo zväčšuje – sú zriedkavejšie, než mnohí astronómovia predtým verili.

Zistenia z JWST’s Mid-Infrared Instrument (MIRI) naznačujú, že náš vesmír môže byť o niečo stabilnejší, ako sa doteraz predpokladalo. Táto práca tiež poskytuje pohľad na pozorovania slabých galaxií, ich vlastnosti a výzvy pri identifikácii AGN.

podrobnosti o štúdiu

Nedávno bol sprístupnený nový dokument podrobne o výskume JWST, ktorý sa uskutočnil pod záštitou programu Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS). arXiv formálne vzájomné hodnotenie pred zverejnením Astrofyzikálny časopis,

Práca, ktorú viedla Allison Kirkpatrick, odborná asistentka fyziky a astronómie na KU, sa zamerala na dlho skúmanú oblasť vesmíru nazývanú rozšírený rastový pás, ktorý sa nachádza medzi Veľkou medvedicou a súhvezdím Boötes. Predchádzajúce výskumy tejto oblasti sa však spoliehali na menej výkonnú generáciu vesmírnych teleskopov.

„Naše pozorovania boli urobené v júni a decembri minulého roka a naším cieľom bolo odhaliť, ako vyzerali galaxie počas rozkvetu hviezdnej tvorby vo vesmíre,“ povedal Kirkpatrick. „Je to pohľad do minulosti starej 7 až 10 miliárd rokov. Použili sme stredný infračervený prístroj na vesmírnom teleskope Jamesa Webba, aby sme sa pozreli na prach v galaxiách, ktoré existovali pred 10 miliardami rokov, a tento prach môže skrývať prebiehajúcu tvorbu hviezd a môže skrývať rastúcu supermasívnu čiernu dieru Is. Uskutočnil som teda prvý prieskum na hľadanie skrytých supermasívnych čiernych dier v centrách týchto galaxií.

Ukážeme MIRI ukazujúcu na 1 (pravý panel) s pozorovaniami Spitzer/IRAC (v strede) a MIPS (vľavo).
rovnakú oblasť. Clony zobrazujú umiestnenie detekovaných zdrojov na každom obrázku (iba oblasť MIRI). pre MIPS (IRAC)
Na obrázku sú otvory 6″ (2″), čo zodpovedá veľkosti lúča prístroja. Na obrázku IRAC modrá farba zodpovedá kanálu
1 (3,6 µm), zelená zodpovedá kanálu 2 (4,5 µm) a červená zodpovedá kanálu 3 (5,8 µm). Na obrázku MIRI je 770W filter modrý, F1000W zelený a F1280W červený. Poďakovanie: Kirkpatrick a kol., arXiv:2308.09750

závery a dôsledky

Zatiaľ čo každá galaxia má supermasívnu vlastnosť čierna diera V strede je AGN veľkolepejšia vydutina, ktorá aktívne vťahuje plyn a ukazuje žiaru mimo normálnych čiernych dier.

Kirkpatrick a viacerí kolegovia astrofyzici predpokladajú, že prieskum JWST s vysokým rozlíšením odhalí oveľa viac AGN ako predchádzajúci prieskum vykonaný pomocou Spitzerovho vesmírneho teleskopu. Napriek zvýšeniu výkonu a citlivosti MIRI však nový prieskum našiel niekoľko ďalších AGN.

„Výsledky vyzerali úplne inak, ako som očakával, čo bolo moje prvé veľké prekvapenie,“ povedal Kirkpatrick. „Dôležitým odhalením bol nedostatok rýchlo rastúcich supermasívnych čiernych dier. Objav vyvolal otázky o tom, kde sa tieto predmety nachádzajú. Ako sa ukázalo, tieto čierne diery pravdepodobne rastú pomalšie, ako sa doteraz predpokladalo, čo je zaujímavé vzhľadom na to, že galaxie, ktoré som skúmal, vyzerajú veľmi podobne ako tie naše. galaxia z minulosti. Skoršie pozorovania pomocou Spitzera nám umožnili študovať len najžiarivejšie a najhmotnejšie galaxie s rýchlo rastúcimi supermasívnymi čiernymi dierami, čo uľahčilo ich detekciu.

Kirkpatrick povedal, že dôležitá záhada v astronómii spočíva v pochopení toho, ako typické supermasívne čierne diery, aké sa nachádzajú v galaxiách ako Mliečna dráha, rastú a ovplyvňujú ich hostiteľskú galaxiu.

„Zistenia štúdie naznačujú, že tieto čierne diery nerastú rýchlo, absorbujú obmedzený materiál a pravdepodobne nemajú významný vplyv na svoje hostiteľské galaxie,“ povedal. „Tento objav otvára úplne nový pohľad na vývoj čiernych dier, pretože naše súčasné chápanie je z veľkej časti založené na najhmotnejších čiernych dierach v najhmotnejších galaxiách, ktoré majú významný vplyv na ich hostiteľov, ale menšie čierne diery v týchto galaxiách sú oveľa menšie. pravdepodobne pravdepodobne nie.“

Inžinieri starostlivo pracujú na implantácii stredného infračerveného prístroja vesmírneho teleskopu Jamesa Webba do ISIM alebo modulu Integrated Science Instrument Module v čistej miestnosti v Goddardovom vesmírnom letovom centre NASA v Greenbelt, MD, 29. apríla 2013. Ako nástupca Hubbleovho vesmírneho teleskopu NASA bude Webbov teleskop najvýkonnejším vesmírnym teleskopom, aký bol kedy vyrobený. Bude pozorovať najvzdialenejšie objekty vo vesmíre, poskytne snímky galaxií vznikajúcich po prvý raz a bude pozorovať neznáme planéty okolo vzdialených hviezd.

Ďalším prekvapivým výsledkom, povedal astronóm KU, bol nedostatok prachu v týchto galaxiách.

„Pomocou JWST môžeme identifikovať oveľa menšie galaxie ako kedykoľvek predtým, vrátane galaxií veľkosti Mliečnej dráhy alebo dokonca menších, čo bolo predtým pri týchto červených posunoch (kozmických vzdialenostiach) nemožné,“ povedal Kirkpatrick. „Najmasívnejšie galaxie zvyčajne obsahujú veľké množstvo prachu kvôli ich rýchlej tvorbe hviezd. Predpokladal som, že aj galaxie s nízkou hmotnosťou budú obsahovať značné množstvo prachu, ale nie, čo popiera moje očakávania a ponúka ďalší zaujímavý objav.

Podľa Kirkpatricka táto práca transformuje chápanie toho, ako galaxie rastú, najmä s ohľadom na Mliečnu dráhu.

„Naša čierna diera sa zdá byť dosť chaotická a nevykazuje veľkú aktivitu,“ povedal. „Dôležitou otázkou týkajúcou sa Mliečnej dráhy je, či bola niekedy aktívna alebo či prešla fázou AGN. Ak väčšine galaxií, ako je tá naša, chýba zistiteľné AGN, mohlo by to znamenať, že naša čierna diera nebola v minulosti nikdy aktívnejšia. V konečnom dôsledku tieto poznatky pomôžu kontrolovať a merať hmotnosť čiernych dier, čím objasnia pôvod narastania čiernych dier, čo zostáva nezodpovedanou otázkou.

Referencie: Alison Kirkpatrick, Guang Yang, Aurelien Le Bel, Greg Troiani, Eric F. Bell, Nikko J. „Kľúčový dokument CERS VII: JWST/MIRI odhaľuje slabú populáciu galaxií v kozmickej mníške prehliadanej Spitzerom“ od Clearyho, Davida Elbaza. , Steven L. Finkelstein, Nimish P. Hathi, Michaela Hirschman, Benne W. Holverda, Dale D. Koszewski, Ray A. Lucas, Jade McKinney, Casey Papovich, Pablo G. Perez-Gonzalez, Alexander de la Vega, Micaela B. Bagley, Emanuel Dadi, Mark Dickinson, Henry C. Ferguson, Adriano Fontana, Andrea Grazian, Norman A. Grogin, Pablo Arrabal Haro, Jehan S. Kartaltepe, Lisa J. Cawley, Anton M. Kokemoer, Jennifer M. Lotz, Laura Panterici, Nore Pirzkal, Swara Rabindranath, Rachel S. Somerville, Jonathan R. Trump, Stephen M. Wilkins a LY Aaron Yung, predložené, The Astrophysical Journal,
arXiv: 2308,09750

Kirkpatrick nedávno získal významný nový čas na JWST na vykonanie veľkého prieskumu regiónu Extended Growth Strip pomocou MIRI. V ich aktuálnom dokumente bolo zahrnutých asi 400 galaxií. Ich nadchádzajúci prieskum (MEGA: MIRI EGS Galaxy a AGN Survey) bude zahŕňať približne 5 000 galaxií. Práce sú naplánované na január 2024.