Gwiazdy nie mogą już dłużej chować się za światłem zasilającym supermasywne czarne dziury w niemowlęcym wszechświecie.
Z pomocą Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST) astronomowie po raz pierwszy dostrzegli światło gwiazd z dwóch wczesnych galaktyk zawierających supermasywne czarne dziury lub kwazary. Odkrycia mogą ostatecznie pomóc naukowcom lepiej zrozumieć, w jaki sposób supermasywne czarne dziury szybko rosną do mas równoważnych milionom lub miliardom słońc i jak ewoluują wraz z galaktykami, w których się znajdują.
„25 lat temu byliśmy zaskoczeni, że byliśmy w stanie obserwować galaktyki macierzyste 3 miliardy lat temu za pomocą dużych teleskopów naziemnych” – powiedział członek zespołu i naukowiec Instytutu Maxa Plancka w Astronomii, Knud Jancke. — powiedział w oświadczeniu. „Kosmiczny Teleskop Hubble’a pozwolił nam zbadać szczytową erę wzrostu czarnych dziur 10 miliardów lat temu. A teraz mamy JWST, aby zobaczyć galaktyki, w których pojawiły się pierwsze supermasywne czarne dziury”.
Powiązany: Kosmiczne potwory czające się w rdzeniu starożytnych gromad gwiazd zostały odkryte przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba
Zespół obserwował dwie z tych tak zwanych aktywnych galaktyk, które są widziane takimi, jakimi były, gdy Wszechświat liczący 13,8 miliarda lat miał mniej niż miliard lat. Byli w stanie obliczyć zarówno masę galaktyk, jak i masę supermasywnych czarnych dziur, które zasilają kwazary, oznaczonych jako J2236+0032 i J2255+0251. Światło z tych dwóch galaktyk potrzebowało 12,9 i 12,8 miliarda lat, aby do nas dotrzeć. tak ukazały się astronomom w takiej postaci, w jakiej znajdowały się odpowiednio 870 i 880 milionów lat później.
Obserwacje ujawniły, że masa galaktyk jest 130 miliardów 30 miliardów razy większa od masy Słońca, a potwór karmiący czarne dziury ma masę 1,4 miliarda mas Słońca dla J2236+0032 i 200 milionów mas Słońca dla J2255+0251. że masa tych wczesnych galaktyk i ich czarnych dziur Centralna jest powiązana w taki sam sposób, jak w przypadku galaktyk obserwowanych w pobliżu Drogi Mlecznej, a zatem jest nowsza w czasie.
W jaki sposób supermasywne czarne dziury rosną wraz ze swoimi galaktykami?
Kwazary to jedne z najbardziej ekstremalnych obiektów w całym wszechświecie. Zasilane przez supermasywne czarne dziury otoczone gazem i pyłem, niektóre akreujące w czarnej dziurze, inne eksplodujące z prędkością bliską prędkości światła, kwazary emitują tak dużo światła, że często mogą przyćmić każdą gwiazdę w galaktyce macierzystej razem wziętą.
Uważa się, że prawie każda galaktyka ma w swoim jądrze supermasywną czarną dziurę, ale nie wszystkie z tych gwiazd są kwazarami. Na przykład supermasywna czarna dziura w centrum Drogi Mlecznej, Sagittarius A* (Sgr A*), zużywa tak mało materii, jak człowiek jedzący ziarnko ryżu co milion lat. Zatem nie dostarcza wystarczającej ilości energii, aby zasilić kwazar.
Pierwszy kwazar został zauważony w 1963 roku i od tego czasu naukowcy odkryli procesy napędzające ich masową emisję światła. W 2000 roku odkryto, że masy galaktyk i ich supermasywnych czarnych dziur są ze sobą powiązane, a masa gwiazd w galaktyce jest około 1000 razy większa niż masa jej centralnej czarnej dziury.
Zależność między masami supermasywnych czarnych dziur i ich galaktyk jest prawdziwa dla galaktyk z supermasywnymi czarnymi dziurami o masie milionów razy większej od Słońca oraz dla tych z centralnymi czarnymi dziurami miliardy razy masywniejszymi od naszej gwiazdy.
Zależność między masą galaktyk a masą ich supermasywnych czarnych dziur może być związana z faktem, że obie rosną poprzez serię międzygalaktycznych fuzji, które ostatecznie prowadzą do gwałtownego zderzenia czarnych dziur w jądrach tych galaktyk. tworząc większą czarną dziurę. Tak więc po wielu połączeniach masa galaktyki będzie równa średniej masie początkowej galaktyki pomnożonej przez liczbę galaktyk, z którymi się połączyła, podczas gdy masa centralnej czarnej dziury będzie równa masie początkowej czarnej dziury pomnożonej tym samym numerem. , co prowadzi do w przybliżeniu liniowej zależności.
Inna sugestia jest taka, że kiedy supermasywna czarna dziura żywi się wystarczającą ilością materii, aby stać się kwazarem, promieniowanie, które eksploduje, gromadzi materię dostępną zarówno dla kwazara, jak i dla formowania się nowych gwiazd. Kiedy więc kwazarowi zabraknie pożywienia i przestanie rosnąć, proces formowania się gwiazd również spowalnia w tej galaktyce.
Bez względu na przyczynę tego związku astronomowie do tej pory nie byli w stanie ustalić, czy galaktyki i ich supermasywne czarne dziury istniały w bardzo wczesnym Wszechświecie. Dzieje się tak dlatego, że choć jasność kwazarów pozwala na ich badanie z odległości miliardów lat świetlnych, utrudnia również obserwowanie słabego światła gwiazd z galaktyk macierzystych kwazarów.
Teleskopy naziemne mają trudności z odróżnieniem światła od kwazarów i światła od gwiazd w swoich galaktykach ze względu na wpływ atmosfery ziemskiej. Z pozycji nad atmosferą Kosmiczny Teleskop Hubble’a odniósł pewne sukcesy w wykrywaniu światła z tych galaktyk, gdy znajdują się one w odległości około 10 miliardów lat świetlnych. Ale aby to zrobić w starszych i bardziej odległych galaktykach, astronomowie musieli czekać na najpotężniejszy teleskop kosmiczny, jaki kiedykolwiek został umieszczony na orbicie, JWST.
Kwazary J2236+0032 i J2255+0251 były obserwowane za pomocą głównego instrumentu JWST, kamery bliskiej podczerwieni (NIRCam), przez dwie godziny na dwóch różnych długościach fal. Zespół wziął to połączone widmo światła kwazara i gwiazdy dla obu galaktyk, a następnie oddzielił światło kwazara, aby po raz pierwszy zobaczyć światło wczesnych gwiazd w takich galaktykach.
Co ciekawe, obserwacje J2236+0032 i J2255+0251 oraz ich galaktyk za pomocą JWST wykazały, że związek czarna dziura/skupisko supergalaktyk istniał nawet we wczesnym wszechświecie. Obecnie same te dane nie wystarczą, aby ujawnić pochodzenie tego zbiorowego związku i sposób, w jaki supermasywne czarne dziury rosną do tak gigantycznych rozmiarów, ale będą one stanowić podstawę przyszłych badań.
Wyniki reprezentują tylko część obserwacji odległych kwazarów JWST, ponieważ potężny teleskop kosmiczny monitoruje obecnie dziesięć z tych masywnych czarnych dziur i ich galaktyki. Ponadto na tę konkretną eksplorację wczesnego Wszechświata przeznaczono jeszcze 11 godzin czasu obserwacji.
Badanie zostało opublikowane 28 czerwca w czasopiśmie Nature.
„Introwertyk. Myśliciel. Rozwiązuje problemy. Specjalista od złego piwa. Skłonny do apatii. Ekspert od mediów społecznościowych. Wielokrotnie nagradzany fanatyk jedzenia.”
