NASA a descoperit o gaură neagră supermasivă record, la 13 miliarde de ani lumină distanță

• Un supermasiv în creștere este un indicator cheie gaură neagră – Emisia de raze X – detectată într-o galaxie foarte îndepărtată.
• Galaxia, UHZ1, se află la 13,2 miliarde de ani lumină distanță, văzută când universul avea doar 3% din vârsta sa actuală.
• NASAal laboratorului de raze X Chandra și Telescopul spațial James Webb și-au unit forțele pentru a face această descoperire.
• Aceasta este considerată cea mai bună dovadă că unele găuri negre timpurii s-au format din nori masivi de gaz.

Astronomii au detectat cea mai îndepărtată gaură neagră detectată vreodată în raze X (numită UHZ1) folosind telescoapele spațiale Chandra și Webb. Emisia de raze X este semnătura revelatoare a unei găuri negre supermasive în creștere. Acest rezultat poate explica modul în care s-au format primele găuri negre supermasive în univers. Aceste imagini arată clusterul de galaxii Abel 2744, situat în spatele UHZ1, în raze X de la Chandra și date în infraroșu de pe Web, precum și prim-planuri ale galaxiei gazdă a găurii negre UHZ1. Credit: X-ray: NASA/CXC/SAO/Ákos Bogdán; Infraroșu: NASA/ESA/CSA/STScI; Procesare imagini: NASA/CXC/SAO/L. Frattere & K. Arcand

Telescoapele NASA găsesc o gaură neagră record

Această imagine dezvăluie cea mai îndepărtată gaură neagră identificată vreodată de raze X, aruncând lumină asupra formării celor mai timpurii găuri negre supermasive din univers. Descoperirea a fost făcută folosind razele X de la Observatorul de raze X Chandra al NASA (prezentate cu violet) și date în infraroșu de la telescopul spațial James Webb (prezentate cu roșu, verde, albastru).

Distanțe stelare și observații

Cea mai îndepărtată gaură neagră UHZ1 se află în direcția clusterului de galaxii Abel 2744. Galaxia se află la aproximativ 3,5 miliarde de ani lumină de Pământ. Cu toate acestea, datele Webb arată că UHZ1 este mult mai îndepărtat decât Abell 2744. La aproximativ 13,2 miliarde de ani lumină distanță, UHZ1 este observată atunci când universul are doar 3% din vârsta sa actuală.

Lentile gravitaționale și detecție cu raze X

Folosind mai mult de două săptămâni de observații de la Chandra, cercetătorii au reușit să detecteze emisia de raze X de la UHZ1 – semnătura unei găuri negre supermasive care crește în centrul galaxiei. Semnalul cu raze X este atât de slab încât doar Chandra a fost capabil să-l detecteze – chiar și cu această observație lungă – datorită unui fenomen numit lentilă gravitațională care dublează semnalul.

Tehnici imagistice și orientare

Zonele violet ale imaginii arată raze X de la gazul supraîncălzit din Abel 2744. Imaginea în infraroșu arată sute de galaxii și câteva stele din prim plan. Inserții măriți o zonă mică centrată pe UHZ1. Cel mai mic obiect din imaginea Webb este galaxia îndepărtată UHZ1, iar centrul imaginii Chandra arată razele X de la obiecte din apropierea găurii negre supermasive din centrul UHZ1. Dimensiunea mare a sursei de raze X în comparație cu vederea în infraroșu a galaxiei înseamnă cea mai mică dimensiune pe care Chandra o poate rezolva. Razele X provin de fapt dintr-o regiune mult mai mică decât galaxia însăși.

S-a aplicat o netezire diferită imaginii Chandra cu câmp complet și imaginii Chandra de aproape. Deoarece nu arată surse punctuale de raze X slabe, cum ar fi UHZ1, a fost netezită pe mai mulți pixeli pentru ca imaginea mai mare să evidențieze emisia mai slabă a clusterului. Prim-planul folosește foarte puțină înmuiere, astfel încât sursele slabe de raze X sunt vizibile. Imaginea este orientată astfel încât să îndrepte 42,5 grade spre dreapta verticalei nordice.

Explicație: Formarea unei găuri negre masive de semințe din prăbușirea directă a unui nor masiv de gaz. Credit: NASA/STScI/Leah Hustak

Importanța descoperirii

Descoperirea este cheia pentru înțelegerea modului în care unele găuri negre supermasive – cele cu miliarde de mase solare și care locuiesc în centrele galaxiilor – ar putea atinge mase enorme după Big Bang. Se formează direct din prăbușirea norilor masivi de gaz care formează găuri negre cântărind aproximativ zece mii până la o sută de mii de sori? Sau au venit din exploziile primelor stele care au produs găuri negre cântărind zeci până la o sută de sori?

Rezultatele cercetării și implicațiile teoretice

O echipă de astronomi a găsit dovezi puternice că gaura neagră recent descoperită în UHZ1 s-a născut supermasivă. Pe baza luminozității și energiei razelor X, ei estimează că masa acesteia va scădea între 10 și 100 de milioane de sori. Această gamă de masă este aceeași cu cea a tuturor stelelor din galaxia pe care o locuiește, în contrast puternic cu găurile negre din centrele galaxiilor din Universul apropiat, care conțin de obicei doar o zecime de procent din masa lor. Constelația găzduiește stelele.

Masa mare a găurii negre tinere, cantitatea de raze X pe care o produce și luminozitatea galaxiei găsite de Webb sunt toate în concordanță cu predicțiile teoretice din 2017 conform cărora o „găură neagră uriașă” s-a format direct din prăbușirea unui gaz gigant. nor.

Cercetare și colaborare continuă

Cercetătorii intenționează să folosească aceste rezultate și alte rezultate combinând datele de la Webb și alte telescoape pentru a completa o imagine mai mare a universului timpuriu.

Va apărea o fișă care descrie rezultatele Astronomie naturală. Printre autori se numără Agos Bogdan (Centrul pentru Astrofizică | Harvard & Smithsonian), Andy Golding (Universitatea Princeton), Priyamvada Natarajan (universitatea Yale), Orsolya Kovacs (Universitatea Masaryk, Cehia), Grant Tremblay (CfA), Urmila Sadayamuri (CfA), Marta Volonterie (Institut d’Astrophysique de Paris, Franţa), Ralph Kraft (CfA), William Forman (CfA), Christine Jones (CfA), Eugene Churazov (Institutul Max Planck de Astrofizică, Germania) și Irina Zhuravleva (Universitatea din Chicago)

Datele web utilizate în ambele lucrări fac parte dintr-un sondaj numit Ultradeep Nirspec și nirCam Observations before the Era of Reionization (UNCOVER). Va apărea o lucrare condusă de membrul echipei UNCOVER, Andy Goulding Scrisori din jurnalul astrofizic. Printre coautorii se numără și alți membri ai echipei UNCOVER, Bogdan și Natarajan. O lucrare descriptivă detaliată care compară proprietățile observate ale UHZ1 cu modelele teoretice pentru galaxii cu găuri negre de dimensiuni mari este în prezent în curs de revizuire și este disponibilă o imprimare preliminară. Aici.

Note:

Ecouri Bogdan, Andy D. Golding, Priyamvada Natarajan, Orsolya E. Kovacs, Grant R. Trumpley, Urmila Sadayamuri, Mardalmuri, R. B. Croft, William R. Forman, Christine Jones, Eugene Churasov și Irina Zhuravleva, 6 noiembrie 2023, Astronomie naturală.
DOI: 10.1038/s41550-023-02111-9

Andy D. Goulding, Jenny E. Green, David J. Seton, Ivo Labbe, „Descoperirea: Creșterea primelor găuri negre masive din JWST/NIRSpec—Confirmarea spectroscopică a deplasării roșii a AGN luminos cu raze X z = 10,1 Rachel Besanson, Tim P. Miller, Hakim Adek, Agos Bogdan, Gabriel Brammer, Irina Chemarinska, Sam E. Cutler, Pratika Dayal, Yoshinobu Futamoto, Seiji Fujimoto, Lucas J. Furdock, Vasiliy Kokorev, De Gaurav Lekhes, Joravlo Gujes, Priyamvada Natarajan, Erica Nelson, Pascal A. Oesch, Richard Pan, Casey Babovich, Sedona H. Price, Peter van Dokham, Bingzhi Wang și John R. Weaver, Kathryn E. Whittaker și Adi Zithrin, 22 septembrie 1999. Scrisori din jurnalul astrofizic.
DOI: 10.3847/2041-8213/acf7c5

Marshall Space Flight Center al NASA gestionează programul Chandra. Centrul de raze X Chandra al Observatorului Astrofizic Smithsonian controlează operațiunile științifice din Cambridge, Massachusetts și operațiunile de zbor din Burlington, Massachusetts.

Telescopul spațial James Webb este cel mai important laborator de științe spațiale din lume. Webb va rezolva misterele sistemului nostru solar, va privi dincolo de lumile îndepărtate din jurul altor stele și va explora structurile și originile misterioase ale universului nostru și locul nostru în el. WEB este un proiect internațional condus de partenerii NASA, ESA.Agenția Spațială Europeană) și Agenția Spațială Canadiană.