Кредит: CC0 Public Domain
Анализируя изображения космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST), группа астрономов под руководством доктора Лукаса Фуртака и профессора Ади Зитрина из Университета Бен-Гуриона в Негеве обнаружила чрезвычайно красную сверхмассивную черную дыру с гравитационными линзами в ранней Вселенной. . Ее цвета позволяют предположить, что черная дыра находится за толстой завесой пыли, закрывающей большую часть ее света. Команде удалось измерить массу черной дыры и обнаружить, что она значительно более массивна по сравнению с родительской галактикой, чем то, что наблюдалось в более местных примерах.
Открытие опубликовано в журнале Nature.
JWST, запущенный два года назад, произвел революцию в наших взглядах на формирование ранних галактик. Это привело к обнаружению очень ранних галактик в большем количестве и большей яркости, чем предсказывалось ранее, а также выявило некоторые новые типы объектов.
Группа астрономов обнаружила на изображениях JWST нечто похожее на линзованный квазарный объект из ранней Вселенной. Квазары — яркие активные ядра галактик: сверхмассивные черные дыры в центрах галактик, активно аккрецирующие вещество.
Аккреция материала на черную дыру испускает обильное количество радиации, которая затмевает родительскую галактику, что приводит к ее компактному и яркому звездообразному виду. Снимки JWST, на которых Фуртак и Зитрин идентифицировали объект, были сделаны для программы UNCOVER, которая запечатлела поле скопления галактик Abell 2744 на беспрецедентной глубине.
Поскольку скопление содержит большое количество массы, оно искривляет пространство-время — или пути световых лучей, проходящих рядом с ним, — эффективно создавая гравитационную линзу. Гравитационная линза увеличивает галактики позади нее и позволяет астрономам наблюдать даже более далекие галактики, чем это было бы возможно в противном случае.
«Мы были очень взволнованы, когда JWST начал отправлять свои первые данные. Мы сканировали данные, пришедшие для программы UNCOVER, и три очень компактных, но красных объекта заметно выделялись и привлекли наше внимание», — говорит доктор Лукас Фуртак, постдокторант. научный сотрудник БГУ и ведущий автор научных статей. «Их вид в виде «красной точки» сразу же заставил нас заподозрить, что это объект, похожий на квазар».
Фуртак и группа UNCOVER приступили к исследованию объекта. «Мы использовали численную модель линзирования, которую мы построили для скопления галактик, чтобы определить, что три красные точки должны быть несколькими изображениями одного и того же фонового источника, наблюдаемого, когда Вселенной было всего около 700 миллионов лет», — говорит профессор Зитрин. , астроном БГУ и один из ведущих авторов статей об открытиях.
«Анализ цветов объекта показал, что это не типичная звездообразующая галактика. Это еще раз подтвердило гипотезу сверхмассивной черной дыры», — говорит профессор Рэйчел Безансон из Университета Питтсбурга и соруководитель программы UNCOVER. «С учетом ее компактных размеров стало очевидно, что это, скорее всего, сверхмассивная черная дыра, хотя она все же отличалась от других квазаров, обнаруженных в те ранние времена», — добавил профессор Безансон. Об открытии уникального красного и компактного объекта было опубликовано в прошлом году в Астрофизическом журнале. Но это было только начало истории.
Затем команда получила данные JWST/NIRSpec трех изображений «красной точки» и проанализировала данные. «Спектры были просто ошеломляющими, — говорит профессор Иво Лаббе из Технологического университета Суинберна и соруководитель программы UNCOVER. — Путем объединения сигнала трех изображений с увеличением линзирования полученный спектр эквивалентен до ~1700 часов наблюдения JWST за объектом без линз, что делает его самым глубоким спектром, полученным JWST для одного объекта в ранней Вселенной».
«Используя спектры, нам удалось не только подтвердить, что красный компактный объект был сверхмассивной черной дырой, и измерить его точное красное смещение, но также получить точную оценку его массы по ширине его эмиссионных линий», — говорит ведущий автор доктор. Фуртак. «Газ вращается в гравитационном поле черной дыры и достигает очень высоких скоростей, которые не наблюдаются в других частях галактик. Из-за доплеровского сдвига свет, излучаемый аккрецирующим материалом, смещается в красную сторону с одной стороны и в синюю область. с другой стороны, в зависимости от его скорости. Это приводит к тому, что эмиссионные линии в спектре становятся шире».
Но измерение привело к еще одному сюрпризу: масса черной дыры кажется чрезмерно высокой по сравнению с массой родительской галактики.
«Весь свет этой галактики должен уместиться в крошечной области размером с современное звездное скопление. Увеличение источника гравитационным линзированием дало нам четкие ограничения на размер. Даже упаковав все возможные звезды в такую маленькую область, черная дыра в конечном итоге составляет не менее 1% от общей массы системы», — говорит профессор Дженни Грин из Принстонского университета и один из ведущих авторов недавней статьи.
«На самом деле, сейчас обнаружено, что несколько других сверхмассивных черных дыр в ранней Вселенной демонстрируют аналогичное поведение, что приводит к некоторым интригующим представлениям о росте черной дыры и родительской галактики, а также о взаимодействии между ними, которое еще не до конца изучено».
Астрономы не знают, растут ли такие сверхмассивные черные дыры, например, из остатков звезд или, возможно, из материала, который непосредственно коллапсировал в черные дыры в ранней Вселенной.
«В каком-то смысле это астрофизический эквивалент проблемы курицы и яйца», — говорит профессор Зитрин. «В настоящее время мы не знаем, что появилось раньше — галактика или черная дыра, насколько массивными были первые черные дыры и как они росли».
Поскольку с помощью JWST недавно было обнаружено еще много таких «маленьких красных точек» и других активных галактических ядер, надеемся, что вскоре у нас появится идея получше.
Информация от: Университетом Бен-Гуриона в Негеве.
