Η NASA ανακαλύπτει μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα που σπάει ρεκόρ σε απόσταση μεγαλύτερη από 13 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά

• Ένας σημαντικός δείκτης αυξανόμενης υπερμεγέθους μάζας Μαύρη τρύπα – Εκπομπή ακτίνων Χ – βρέθηκε σε έναν γαλαξία πολύ, πολύ μακριά.
• Αυτός ο γαλαξίας, ο UHZ1, βρίσκεται 13,2 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά και παρατηρήθηκε όταν το σύμπαν ήταν μόλις το 3% της τρέχουσας ηλικίας του.
• NASAΠαρατηρητήριο ακτίνων Χ Chandra και Διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb Συνδύασαν τις προσπάθειές τους για να κάνουν αυτή την ανακάλυψη.
• Αυτή είναι η καλύτερη απόδειξη ακόμη ότι μερικές πρώιμες μαύρες τρύπες σχηματίστηκαν από τεράστια νέφη αερίου.

Οι αστρονόμοι ανακάλυψαν την πιο μακρινή μαύρη τρύπα που έχει εντοπιστεί ποτέ σε ακτίνες Χ (σε έναν γαλαξία που ονομάζεται UHZ1) χρησιμοποιώντας τα διαστημικά τηλεσκόπια Chandra και Webb. Η εκπομπή ακτίνων Χ είναι ένα σαφές σημάδι της παρουσίας μιας υπερμεγέθους μαύρης τρύπας. Αυτό το αποτέλεσμα μπορεί να εξηγήσει πώς σχηματίστηκαν μερικές από τις πρώτες υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες στο σύμπαν. Αυτές οι εικόνες δείχνουν το σμήνος γαλαξιών Abell 2744 πίσω από το UHZ1, σε ακτίνες Χ από το Chandra και υπέρυθρα δεδομένα από το Webb, καθώς και κοντινά πλάνα του γαλαξία-ξενιστή της μαύρης τρύπας UHZ1. Πηγή: Ακτινογραφία: NASA/CXC/SAO/Ákos Bogdán; Υπέρυθρες: NASA/ESA/CSA/STScI; Επεξεργασία εικόνας: NASA/CXC/SAO/L. Fratari και Κ. Arcand

Τα τηλεσκόπια της NASA ανακαλύπτουν μια μαύρη τρύπα που σπάει ρεκόρ

Αυτή η εικόνα αποκαλύπτει την πιο μακρινή μαύρη τρύπα που έχει εντοπιστεί ποτέ μέσω ακτίνων Χ, ρίχνοντας δυνητικά φως στον σχηματισμό των παλαιότερων υπερμεγέθων μαύρων τρυπών στο σύμπαν. Η ανακάλυψη έγινε χρησιμοποιώντας ακτίνες Χ από το Παρατηρητήριο ακτίνων Χ Chandra της NASA (εμφανίζεται με μωβ) και υπέρυθρα δεδομένα από το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (με κόκκινο, πράσινο και μπλε).

Ουγγρικές αποστάσεις και νότες

Η εξαιρετικά μακρινή μαύρη τρύπα στον γαλαξία UHZ1 βρίσκεται στην κατεύθυνση του σμήνος γαλαξιών Abell 2744. Το σμήνος γαλαξιών απέχει περίπου 3,5 δισεκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη. Ωστόσο, τα δεδομένα του Webb αποκαλύπτουν ότι το UHZ1 είναι πολύ πιο μακριά από το Abell 2744. Σε περίπου 13,2 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά, το UHZ1 μπορούσε να φανεί όταν το σύμπαν ήταν μόνο 3% της τρέχουσας ηλικίας του.

Βαρυτικός φακός και ανίχνευση ακτίνων Χ

Χρησιμοποιώντας περισσότερες από δύο εβδομάδες παρατηρήσεων από τον Chandra, οι ερευνητές μπόρεσαν να ανιχνεύσουν εκπομπή ακτίνων Χ από το UHZ1, μια ένδειξη της παρουσίας μιας υπερμεγέθους μαύρης τρύπας που αναπτύσσεται στο κέντρο του γαλαξία. Το σήμα ακτίνων Χ είναι τόσο αχνό που ο Chandra μπόρεσε να το ανιχνεύσει – ακόμα και με τόσο μακρά παρατήρηση – εξαιτίας ενός φαινομένου που είναι γνωστό ως βαρυτικός φακός που ενίσχυσε το σήμα κατά τέσσερις φορές.

Τεχνικές απεικόνισης και προσανατολισμού

Τα μωβ μέρη της εικόνας δείχνουν ακτίνες Χ από μεγάλες ποσότητες θερμού αερίου στο Abell 2744. Η υπέρυθρη εικόνα δείχνει εκατοντάδες γαλαξίες στο σμήνος, μαζί με μερικά αστέρια στο προσκήνιο. Τα ένθετα μεγεθύνονται σε μια μικρή περιοχή με κέντρο γύρω από το UHZ1. Το μικρό αντικείμενο στην εικόνα Ιστού είναι ο μακρινός γαλαξίας UHZ1 και το κέντρο της εικόνας Chandra δείχνει ακτίνες Χ που προέρχονται από υλικό κοντά στην υπερμεγέθη μαύρη τρύπα στη μέση του UHZ1. Το μεγάλο μέγεθος της πηγής ακτίνων Χ σε σύγκριση με την υπέρυθρη όψη του γαλαξία οφείλεται στο ότι αντιπροσωπεύει τον μικρότερο όγκο που μπορεί να επιλύσει ο Chandra. Οι ακτίνες Χ στην πραγματικότητα προέρχονται από μια πολύ μικρότερη περιοχή του γαλαξία.

Εφαρμόστηκε διαφορετική εξομάλυνση στην εικόνα Chandra σε πλήρες πεδίο και στην εικόνα Chandra σε κοντινή απόσταση. Πραγματοποιήθηκε εξομάλυνση σε πολλά εικονοστοιχεία της μεγάλης εικόνας, για να τονιστεί η αμυδρή εκπομπή συμπλέγματος, σε βάρος της μη εμφάνισης αχνών σημειακών πηγών ακτίνων Χ όπως το UHZ1. Πολύ λιγότερη εξομάλυνση εφαρμόστηκε στην κοντινή εικόνα, έτσι ώστε να εμφανίζονται αμυδρές πηγές ακτίνων Χ. Η εικόνα είναι προσανατολισμένη έτσι ώστε ο βορράς να δείχνει 42,5 μοίρες στα δεξιά της κατακόρυφου.

Απεικόνιση: Μια βαριά μαύρη τρύπα σχηματίστηκε από την άμεση κατάρρευση ενός τεράστιου νέφους αερίου. Πηγή εικόνας: NASA/STScI/Leah Hostak

Η σημασία της ανακάλυψης

Η ανακάλυψη είναι σημαντική για την κατανόηση του πώς μερικές υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες – αυτές που περιέχουν έως και δισεκατομμύρια ηλιακές μάζες και βρίσκονται στα κέντρα των γαλαξιών – μπορούν να φτάσουν σε τεράστιες μάζες τόσο σύντομα μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Σχηματίζονται απευθείας από την κατάρρευση τεράστιων νεφών αερίου, δημιουργώντας μαύρες τρύπες που ζυγίζουν μεταξύ δέκα χιλιάδων και εκατό χιλιάδων ήλιων; Ή μήπως προέρχεται από τις εκρήξεις των πρώτων αστεριών που δημιουργούν μαύρες τρύπες που ζυγίζουν μόνο δέκα έως εκατό ήλιους;

Αποτελέσματα έρευνας και θεωρητικές επιπτώσεις

Η ομάδα των αστρονόμων βρήκε ισχυρές αποδείξεις ότι η μαύρη τρύπα που ανακαλύφθηκε πρόσφατα στο UHZ1 γεννήθηκε τεράστια. Υπολογίζουν τη μάζα του μεταξύ 10 και 100 εκατομμυρίων Ήλιων, με βάση τη φωτεινότητα και την ενέργεια των ακτίνων Χ. Αυτό το εύρος μάζας είναι παρόμοιο με αυτό όλων των αστεριών στον γαλαξία στον οποίο ζουν, κάτι που έρχεται σε πλήρη αντίθεση με τις μαύρες τρύπες στα κέντρα των γαλαξιών στο κοντινό σύμπαν που συνήθως περιέχουν μόνο περίπου το ένα δέκατο τοις εκατό της μάζας τους . Φιλοξενεί αστέρια γαλαξιών.

Η μεγάλη μάζα της μαύρης τρύπας σε νεαρή ηλικία, καθώς και η ποσότητα των ακτίνων Χ που εκπέμπει και η φωτεινότητα του γαλαξία Webb που ανακαλύφθηκε, είναι όλα σύμφωνα με τις θεωρητικές προβλέψεις του 2017 για μια «υπερμεγέθη μαύρη τρύπα» που σχηματίστηκε απευθείας από ο γαλαξίας. Κατάρρευση ενός τεράστιου νέφους αερίου.

Συνεχής έρευνα και συνεργασία

Οι ερευνητές σχεδιάζουν να χρησιμοποιήσουν αυτά και άλλα αποτελέσματα που μεταδίδονται από το Webb και εκείνα που συλλέγουν δεδομένα από άλλα τηλεσκόπια για να συμπληρώσουν μια μεγαλύτερη εικόνα του πρώιμου σύμπαντος.

Το χαρτί που περιγράφει τα αποτελέσματα εμφανίζεται στο Αστρονομία της φύσης. Συγγραφείς περιλαμβάνουν τον Akos Bogdan (Κέντρο Αστροφυσικής | Harvard and Smithsonian), τον Andy Golding (πανεπιστήμιο Πρίνσετον), Priyamvada Natarajan (Πανεπιστήμιο Γέιλ), Ursolya Kovacs (Πανεπιστήμιο Masaryk, Τσεχία), Grant Tremblay (CFA), Urmila Chadayamuri (CfA), Marta Volontaire (Institut de Astrophysique de Paris, Γαλλία), Ralph Kraft (CfA), William Fuhrmann (CfA), Christine Jones (CfA), Eugene Chorazov (Ινστιτούτο Αστροφυσικής Max Planck, Γερμανία) και Irina Zhuravleva (Πανεπιστήμιο του Σικάγο).

Τα δεδομένα Webb που χρησιμοποιούνται και στις δύο έρευνες αποτελούν μέρος μιας έρευνας που ονομάζεται Ultradeep Nirspec και NirCam Observations Before the Era of Reionization (UNCOVER). Η εφημερίδα, με επικεφαλής το μέλος της ομάδας UNCOVER, Andy Golding, εμφανίζεται Επιστολές Αστροφυσικού Περιοδικού. Οι συν-συγγραφείς περιλαμβάνουν άλλα μέλη της ομάδας UNCOVER, καθώς και τους Bogdan και Natarajan. Ένα λεπτομερές έγγραφο ερμηνείας που συγκρίνει τις παρατηρούμενες ιδιότητες του UHZ1 με θεωρητικά μοντέλα τεράστιων γαλαξιών μαύρης τρύπας είναι επί του παρόντος υπό εξέταση και είναι διαθέσιμη μια προεκτύπωση. εδώ.

Βιβλιογραφικές αναφορές:

“Evidence for the origin of heavy seeds for early supermassive black holes from the ray quasar az ≈ 10” από τους Akos Bogdan, Andy D. Golding, Priyamvada Natarajan, Ursulia E. Kovacs, Grant R. Tremblay, Urmila Chadayamuri, Marta Volontiri , Ralph P. Kraft, William R. . Forman, Christine Jones, Eugene Chorazov και Irina Zhuravleva, 6 Νοεμβρίου 2023, Αστρονομία της φύσης.
doi: 10.1038/s41550-023-02111-9

«Ανακάλυψη: Ανάπτυξη των πρώτων μαζικών μαύρων οπών από το JWST/NIRSpec – Επιβεβαίωση φασματοσκοπικής μετατόπισης ερυθρού φωτισμού AGN με ακτίνες Χ στο z = 10,1» από τον Andy D. Golding και Jenny E. Γκριν και Ντέιβιντ Τζ. Seaton, Ivo Lappé, Rachel Bezançon, Tim B. Miller, Hakim Atiq, Akos Bogdan, Gabriel Brammer, Iryna Chemerinska, Sam E. Cutler, Pratika Dayal, Yoshinobu Fudamoto, Seiji Fujimoto, Lukas J. Furtak, Vasiliy Kokorev, Gaurav Khullar, Joel Leja, Danilo Marchesini, Priyamvada Natarajan, Erika Nelson, Pascal A. Oish, Richard Pan, Casey Papovich, Sedona H. Price, Peter van Dokkum, Benjie Wang, 冰洁王, John R. Weaver, Catherine E. Whitaker και Adi Zittrain, 22 Σεπτεμβρίου 2023, Επιστολές Αστροφυσικού Περιοδικού.
doi: 10.3847/2041-8213/acf7c5

Το Marshall Space Flight Center της NASA διαχειρίζεται το πρόγραμμα Chandra. Το κέντρο ακτίνων Χ Chandra του Αστροφυσικού Παρατηρητηρίου Smithsonian ελέγχει τις επιστημονικές επιχειρήσεις από το Κέιμπριτζ της Μασαχουσέτης και τις πτητικές λειτουργίες από το Μπέρλινγκτον της Μασαχουσέτης.

Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb είναι το κορυφαίο παρατηρητήριο διαστημικής επιστήμης στον κόσμο. Ο Webb θα λύσει τα μυστήρια του ηλιακού μας συστήματος, θα κοιτάξει πέρα ​​από μακρινούς κόσμους γύρω από άλλα αστέρια και θα εξερευνήσει τις μυστηριώδεις δομές και την προέλευση του σύμπαντός μας και τη θέση μας σε αυτό. Το WEB είναι ένα διεθνές πρόγραμμα με επικεφαλής τη NASA με τους εταίρους της τον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Διαστήματος (ESA).Ευρωπαϊκός Οργανισμός Διαστήματος) και την Καναδική Διαστημική Υπηρεσία.