Τι συνέβη με όλες τις υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες; Οι αστρονόμοι εξεπλάγησαν από τα δεδομένα του Webb

Διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb Η έρευνα αποκαλύπτει λιγότερες υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες από ό,τι υποτίθεται

Μια έρευνα του Πανεπιστημίου του Κάνσας σε ένα τμήμα του σύμπαντος χρησιμοποιώντας το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb αποκάλυψε ενεργούς γαλαξιακούς πυρήνες – υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες που αυξάνονται γρήγορα σε μέγεθος – που είναι πιο σπάνιοι από ό,τι πολλοί αστρονόμοι υπέθεταν προηγουμένως.

Τα ευρήματα, που έγιναν με το μέσο υπέρυθρο όργανο (MIRI) της JWST, υποδηλώνουν ότι το σύμπαν μας μπορεί να είναι λίγο πιο σταθερό από ό,τι υποτίθεται. Η εργασία παρέχει επίσης πληροφορίες για παρατηρήσεις αμυδρών γαλαξιών, τις ιδιότητές τους και τις προκλήσεις στον ορισμό των AGN.

Λεπτομέρειες μελέτης

Μια νέα εργασία που περιγράφει λεπτομερώς την έρευνα JWST, η οποία διεξήχθη υπό την αιγίδα του προγράμματος Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS), έγινε πρόσφατα διαθέσιμη στις arXiv Πριν από τη δημοσίευση της επίσημης αξιολόγησης από ομοτίμους στο ο Astrophysical Journal.

Η εργασία, με επικεφαλής την Alison Kirkpatrick, επίκουρη καθηγήτρια φυσικής και αστρονομίας στο KU, επικεντρώθηκε σε μια μακροχρόνια μελετημένη περιοχή του σύμπαντος που ονομάζεται εκτεταμένη ράβδος του Groth, που βρίσκεται ανάμεσα στους αστερισμούς της Μεγάλης Άρκτου και του Boötes. Ωστόσο, οι προηγούμενες εξετάσεις της περιοχής βασίστηκαν σε μια λιγότερο ισχυρή γενιά διαστημικών τηλεσκοπίων.

«Οι παρατηρήσεις μας πραγματοποιήθηκαν τον περασμένο Ιούνιο και τον Δεκέμβριο και στόχος μας ήταν να περιγράψουμε πώς έμοιαζαν οι γαλαξίες κατά τη διάρκεια της αιχμής του σχηματισμού άστρων στο σύμπαν», είπε ο Kirkpatrick. “Αυτή είναι μια αναδρομή στο χρόνο από 7 έως 10 δισεκατομμύρια χρόνια στο παρελθόν. Χρησιμοποιήσαμε το μέσο υπέρυθρο όργανο στο διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb για να δούμε τη σκόνη σε γαλαξίες που υπήρχαν πριν από 10 δισεκατομμύρια χρόνια, και αυτή η σκόνη μπορεί να κρύψει τη διαδικασία Ο σχηματισμός αστεριών συνεχίζεται και μπορεί να κρύβει τις αυξανόμενες υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες. Έτσι, διεξήγαγα την πρώτη έρευνα για να αναζητήσω αυτές τις υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες που κρύβονται στα κέντρα αυτών των γαλαξιών.

Δείχνουμε το MIRI να δείχνει προς το 1 (δεξιό πλαίσιο) μαζί με τις παρατηρήσεις Spitzer/IRAC (μέση) και MIPS (αριστερά).
Ίδια περιοχή. Τα διαφράγματα δείχνουν τη θέση των πηγών που έχουν εντοπιστεί σε κάθε εικόνα (μόνο περιοχή MIRI). Για MIPS (IRAC)
Στην εικόνα, οι οπές είναι 6 ίντσες (2 ίντσες), που αντιστοιχεί στο μέγεθος της δέσμης της συσκευής. Στην εικόνα IRAC, το μπλε αντιστοιχεί στο κανάλι
1 (3,6 μm), το πράσινο αντιστοιχεί στο κανάλι 2 (4,5 μm) και το κόκκινο αντιστοιχεί στο κανάλι 3 (5,8 μm). Στην εικόνα MIRI, το φίλτρο 770W είναι μπλε, το F1000W είναι πράσινο και το F1280W είναι κόκκινο. Πίστωση: Kirkpatrick et al., arXiv:2308.09750

Αποτελέσματα και επιπτώσεις

Ενώ κάθε γαλαξίας χαρακτηρίζεται από την παρουσία μιας τεράστιας μάζας Μαύρη τρύπα Στη μέση υπάρχουν πιο συναρπαστικοί ενεργοί πυρήνες, οι οποίοι είναι πιο συναρπαστικές διαταραχές που προσελκύουν αέριο και παρουσιάζουν μια φωτεινότητα που απουσιάζει από τις τυπικές μαύρες τρύπες.

Ο Kirkpatrick και πολλοί άλλοι αστροφυσικοί περίμεναν ότι η έρευνα υψηλής ανάλυσης που διεξήχθη από το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb θα προσδιόριζε τις θέσεις πολλών πιο ενεργών γαλαξιών από την προηγούμενη έρευνα που διεξήχθη με το διαστημικό τηλεσκόπιο Spitzer. Ωστόσο, ακόμη και με την ενίσχυση της ισχύος και της ευαισθησίας του MIRI, βρέθηκαν μερικά επιπλέον AGN στη νέα έρευνα.

«Τα αποτελέσματα έμοιαζαν πολύ διαφορετικά από αυτό που περίμενα, κάτι που οδήγησε στην πρώτη μου μεγάλη έκπληξη», είπε ο Kirkpatrick. “Μια σημαντική ανακάλυψη ήταν η σπανιότητα των ταχέως αναπτυσσόμενων υπερμεγέθων μαύρων τρυπών. Αυτή η ανακάλυψη εγείρει ερωτήματα σχετικά με το πού υπάρχουν αυτά τα πράγματα. Όπως αποδεικνύεται, αυτές οι μαύρες τρύπες πιθανότατα αναπτύσσονται με πιο αργό ρυθμό από ό,τι πιστεύαμε προηγουμένως, κάτι που είναι ενδιαφέρον, δεδομένου ότι οι γαλαξίες που εξέτασαν παρόμοιοι με τον γαλαξία μας. Γαλαξίας από το παρελθόν. Προηγούμενες παρατηρήσεις με τον Spitzer μας επέτρεψαν να μελετήσουμε φωτεινότερους, πιο ογκώδεις γαλαξίες που περιέχουν ταχέως αναπτυσσόμενες υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες, γεγονός που καθιστά ευκολότερο τον εντοπισμό τους.

Ο Kirkpatrick είπε ότι ένα σημαντικό παζλ στην αστρονομία έγκειται στην κατανόηση του τρόπου με τον οποίο οι τυπικές υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες, όπως αυτές που βρίσκονται σε γαλαξίες όπως ο Γαλαξίας, αναπτύσσονται και επηρεάζουν τον γαλαξία τους.

Είπε: «Τα αποτελέσματα της μελέτης δείχνουν ότι αυτές οι μαύρες τρύπες δεν αναπτύσσονται γρήγορα, απορροφούν περιορισμένο υλικό και ενδέχεται να μην επηρεάσουν σημαντικά τους γαλαξίες τους». «Αυτή η ανακάλυψη ανοίγει μια εντελώς νέα προοπτική για την ανάπτυξη της μαύρης τρύπας, καθώς η τρέχουσα κατανόησή μας βασίζεται σε μεγάλο βαθμό στις πιο ογκώδεις μαύρες τρύπες στους μεγαλύτερους γαλαξίες, οι οποίες έχουν μεγάλες επιπτώσεις στους ξενιστές τους, αλλά οι μικρότερες μαύρες τρύπες σε αυτούς τους γαλαξίες είναι πιθανό να έχουν σημαντικό αντίκτυπο». όχι.”

Οι μηχανικοί εργάστηκαν σχολαστικά για να εμφυτεύσουν το μέσο υπέρυθρο όργανο του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb στο ISIM, ή το Integrated Science Instrument Module, σε ένα καθαρό δωμάτιο στο Goddard Space Flight Center της NASA στο Greenbelt, Maryland στις 29 Απριλίου 2013. Ως διάδοχος του τηλεσκοπίου Hubble της NASA , θα Το τηλεσκόπιο Webb είναι το πιο ισχυρό διαστημικό τηλεσκόπιο που κατασκευάστηκε ποτέ. Θα παρατηρεί τα πιο μακρινά αντικείμενα στο σύμπαν, θα παρέχει εικόνες των πρώτων γαλαξιών που σχηματίζονται και θα βλέπει ανεξερεύνητους πλανήτες να περιφέρονται γύρω από μακρινά αστέρια.

Ένα άλλο εκπληκτικό εύρημα, είπε ο αστρονόμος του Πανεπιστημίου του Κουβέιτ, είναι η απουσία σκόνης σε αυτούς τους γαλαξίες.

«Χρησιμοποιώντας το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb, μπορούμε να αναγνωρίσουμε πολύ μικρότερους γαλαξίες από ποτέ άλλοτε, συμπεριλαμβανομένων εκείνων του μεγέθους του Γαλαξία μας ή ακόμη μικρότερους, κάτι που προηγουμένως ήταν αδύνατο σε αυτές τις μετατοπίσεις στο κόκκινο (κοσμικές αποστάσεις)», είπε ο Kirkpatrick. “Κανονικά, οι πιο μαζικοί γαλαξίες έχουν άφθονη σκόνη λόγω των ταχέων ρυθμών σχηματισμού αστεριών. Είχα υποθέσει ότι οι γαλαξίες μικρότερης μάζας θα περιέχουν επίσης μεγάλες ποσότητες σκόνης, αλλά δεν το έκαναν, κάτι που αμφισβητεί τις προσδοκίες μου και παρέχει μια άλλη ενδιαφέρουσα ανακάλυψη.”

Σύμφωνα με τον Kirkpatrick, αυτό το έργο αλλάζει την κατανόηση του τρόπου με τον οποίο αναπτύσσονται οι γαλαξίες, ειδικά σε σχέση με τον Γαλαξία.

«Η μαύρη τρύπα μας φαίνεται να είναι εντελώς ήρεμη, χωρίς μεγάλη δραστηριότητα», είπε. “Ένα σημαντικό ερώτημα σχετικά με τον Γαλαξία μας είναι αν είναι ενεργός ή έχει περάσει από μια φάση AGN. Εάν οι περισσότεροι γαλαξίες, όπως ο δικός μας, δεν έχουν ανιχνεύσιμους ενεργούς γαλαξιακούς πυρήνες, αυτό θα μπορούσε να σημαίνει ότι η μαύρη τρύπα μας δεν ήταν πιο ενεργή στο παρελθόν. Τελικά, αυτή η γνώση θα βοηθήσει στον περιορισμό και τη μέτρηση των μαζών των μαύρων τρυπών και θα ρίξει φως στην προέλευση της ανάπτυξης της μαύρης τρύπας, η οποία παραμένει ένα αναπάντητο ερώτημα.

Αναφορά: «7ο σημαντικό έγγραφο CEERS: JWST/MIRI αποκαλύπτει αδύναμο πληθυσμό γαλαξιών στο κοσμικό μεσημέρι αόρατο στον Spitzer» από τους Alison Kirkpatrick, Guang Yang, Aurélien Le Bell, Greg Troianni, Eric F. Bell, Nico J. Cleary, David Elbaz, Stephen L. Finkelstein, Nimish B. Hathi, Michaela Hirschman, Penny W. Holwerda, Dale D. Koszewski, Ray A. Lucas, Jed McKinney, Casey Babovic, Pablo J. Perez-Gonzalez, Alexandre de la Vega, Michaela B. Bagley, Emmanuel Daddy, Mark Dickinson, Henry C. Φέργκιουσον, Αντριάνο Φοντάνα, Αντρέα Γκράτσιαν, Νόρμαν Α. Grosjean, Pablo Arrabal Haro, Jehan S. Kartaltepe, Lisa J. Kelly, Anton M. Cookmuir, Jennifer M. Lutz, Laura Pinterici, Noor Perezkal, Swara Ravindranath, Rachel S. Somerville, Jonathan R. Τραμπ, Στίβεν Μ. Wilkins, L.A., Aaron Young, παρουσιαστής. Astrophysical Journal.
arXiv: 2308.09750

Ο Kirkpatrick εξασφάλισε πρόσφατα σημαντικό νέο χρόνο στο JWST για να πραγματοποιήσει μια μεγαλύτερη έρευνα του πεδίου Extended Groth Strip χρησιμοποιώντας το MIRI. Η τρέχουσα εργασία της περιελάμβανε περίπου 400 γαλαξίες. Η επερχόμενη έρευνά του (MEGA: MIRI EGS Galaxy και AGN Survey) θα περιλαμβάνει περίπου 5.000 γαλαξίες. Οι εργασίες έχουν προγραμματιστεί να πραγματοποιηθούν τον Ιανουάριο του 2024.