• Hlavný ukazovateľ rastúcej supermasívnej hmoty Čierna diera – Röntgenové žiarenie – nájdené v galaxii ďaleko, ďaleko.
• Táto galaxia, UHZ1, sa nachádza vo vzdialenosti 13,2 miliardy svetelných rokov a bola pozorovaná, keď bol vesmír len 3 % svojho súčasného veku.
• NASARöntgenové observatórium Chandra a Vesmírny teleskop Jamesa Webba Na tento objav spojili svoje úsilie.
• Toto je zatiaľ najlepší dôkaz, že niektoré skoré čierne diery vznikli z masívnych oblakov plynu.

Astronómovia objavili najvzdialenejšiu čiernu dieru, aká bola kedy zistená v röntgenových lúčoch (v galaxii nazvanej UHZ1) pomocou vesmírnych teleskopov Chandra a Webb. Röntgenové žiarenie je jasným znakom prítomnosti supermasívnej čiernej diery. Tento výsledok môže vysvetliť, ako sa vytvorili niektoré z prvých supermasívnych čiernych dier vo vesmíre. Tieto obrázky ukazujú kopu galaxií Abell 2744 za UHZ1 v röntgenových lúčoch z Chandra a infračervených údajoch z Webb, ako aj detailné zábery hostiteľskej galaxie čiernej diery UHZ1. Zdroj: RTG: NASA/CXC/SAO/Ákos Bogdán; Infračervené: NASA/ESA/CSA/STScI; Spracovanie obrazu: NASA/CXC/SAO/L. Fratari a K. Arcand

Teleskopy NASA objavili rekordnú čiernu dieru

Tento obrázok odhaľuje najvzdialenejšiu čiernu dieru, aká bola kedy identifikovaná prostredníctvom röntgenových lúčov, čo potenciálne vrhá svetlo na formovanie najstarších supermasívnych čiernych dier vo vesmíre. Objav sa uskutočnil pomocou röntgenových lúčov z röntgenového observatória NASA Chandra (zobrazené fialovou farbou) a infračervených údajov z vesmírneho teleskopu Jamesa Webba (zobrazené červenou, zelenou a modrou farbou).

Maďarské vzdialenosti a poznámky

Extrémne vzdialená čierna diera v galaxii UHZ1 sa nachádza v smere kopy galaxií Abell 2744. Kopa galaxií je od Zeme vzdialená asi 3,5 miliardy svetelných rokov. Webbove údaje však odhaľujú, že UHZ1 je oveľa ďalej ako Abell 2744. Vo vzdialenosti asi 13,2 miliardy svetelných rokov bolo možné UHZ1 vidieť, keď bol vesmír len 3 % svojho súčasného veku.

Gravitačná šošovka a detekcia röntgenového žiarenia

Pomocou viac ako dvoch týždňov pozorovaní z Chandra boli výskumníci schopní zistiť emisiu röntgenového žiarenia z UHZ1, čo naznačuje prítomnosť supermasívnej čiernej diery rastúcej v strede galaxie. Röntgenový signál je taký slabý, že ho Chandra dokázala zaznamenať iba pri takom dlhom pozorovaní kvôli javu známemu ako gravitačné šošovky, ktorý zosilnil signál štvornásobne.

Zobrazovacie a orientačné techniky

Fialové časti snímky ukazujú röntgenové lúče z veľkého množstva horúceho plynu v Abell 2744. Infračervená snímka ukazuje stovky galaxií v zhluku spolu s niekoľkými hviezdami v popredí. Vložky sú zväčšené na malú oblasť sústredenú okolo UHZ1. Malý objekt na snímke webu je vzdialená galaxia UHZ1 a stred snímky Chandra ukazuje röntgenové lúče pochádzajúce z materiálu blízko supermasívnej čiernej diery v strede UHZ1. Veľká veľkosť zdroja röntgenového žiarenia v porovnaní s infračerveným pohľadom na galaxiu je spôsobená tým, že predstavuje najmenší objem, ktorý môže Chandra rozlíšiť. Röntgenové lúče v skutočnosti pochádzajú z oveľa menšej oblasti galaxie.

Rôzne vyhladzovanie bolo aplikované na celopoľný obrázok Chandra a na detailný obrázok Chandra. Vyhladzovanie sa uskutočnilo na mnohých pixeloch veľkého obrazu, aby sa zvýraznila slabá emisia zhlukov, na úkor nezobrazovania slabých bodových zdrojov röntgenového žiarenia, ako je UHZ1. Na detailný obraz sa použilo oveľa menej vyhladzovania, takže sa objavili slabé röntgenové zdroje. Obraz je orientovaný tak, že sever smeruje 42,5 stupňa napravo od vertikály.

Ilustrácia: Ťažká čierna diera vznikla priamym kolapsom masívneho oblaku plynu. Zdroj obrázkov: NASA/STScI/Leah Hostak

Dôležitosť objavovania

Objav je dôležitý pre pochopenie toho, ako môžu niektoré supermasívne čierne diery – tie, ktoré obsahujú až miliardy slnečných hmôt a nachádzajú sa v centrách galaxií – dosiahnuť obrovské hmoty tak skoro po Veľkom tresku. Vznikajú priamo kolapsom masívnych oblakov plynu, ktoré vytvárajú čierne diery s hmotnosťou od desaťtisíc do stotisíc sĺnk? Alebo pochádza z výbuchov prvých hviezd, ktoré vytvárajú čierne diery s hmotnosťou len asi desať až sto sĺnk?

Výsledky výskumu a teoretické implikácie

Tím astronómov našiel silný dôkaz, že novoobjavená čierna diera v UHZ1 sa zrodila masívna. Jeho hmotnosť odhadujú na 10 až 100 miliónov sĺnk na základe jasu a energie röntgenových lúčov. Tento hmotnostný rozsah je podobný rozsahu všetkých hviezd v galaxii, v ktorej žijú, čo je v ostrom kontraste s čiernymi dierami v centrách galaxií v blízkom vesmíre, ktoré zvyčajne obsahujú len asi desatinu percenta svojej vlastnej hmotnosti. . Hostite hviezdy galaxií.

Veľká hmotnosť čiernej diery v mladom veku, ako aj množstvo röntgenových lúčov, ktoré vyžaruje, a jas objavenej galaxie Webb, to všetko je v súlade s teoretickými predpoveďami z roku 2017 o „supermasívnej čiernej diere“, ktorá vznikla priamo z galaxie. Kolaps obrovského oblaku plynu.

Neustály výskum a spolupráca

Výskumníci plánujú použiť tieto a ďalšie výsledky streamované z Webba a tých, ktoré zbierajú údaje z iných teleskopov, aby vyplnili väčší obraz raného vesmíru.

Dokument s popisom výsledkov sa objaví v Prírodná astronómia. Medzi autorov patrí Akos Bogdan (Centrum astrofyziky | Harvard a Smithsonian), Andy Golding (Princetonská univerzita), Priyamvada Natarajan (Yale University), Ursolya Kovacs (Masarykova univerzita, Česká republika), Grant Tremblay (CFA), Urmila Chadayamuri (CfA), Marta Volontaire (Institut de Astrophysique de Paris, Francúzsko), Ralph Kraft (CfA), William Fuhrmann (CfA), Christine Jones (CfA), Eugene Chorazov (Inštitút Maxa Plancka pre astrofyziku, Nemecko) a Irina Zhuravleva (University of Chicago).

Údaje Webb použité v oboch výskumoch sú súčasťou prieskumu s názvom Ultradeep Nirspec a nirCam Observations Before the Era of Reionization (UNCOVER). Noviny, ktoré vedie člen tímu UNCOVER Andy Golding, sa objavujú v Astrophysical Journal Letters. Medzi spoluautorov patria ďalší členovia tímu UNCOVER, ako aj Bogdan a Natarajan. Podrobný interpretačný dokument porovnávajúci pozorované vlastnosti UHZ1 s teoretickými modelmi masívnych galaxií čiernych dier je v súčasnosti predmetom revízie a je k dispozícii predtlač. tu.

Referencie:

„Dôkaz o pôvode ťažkých semien pre skoré supermasívne čierne diery z röntgenového kvazaru az ≈ 10“ od Akosa Bogdana, Andyho D. Goldinga, Priyamvady Natarajan, Ursulie E. Kovacs, Granta R. Tremblaya, Urmily Chadayamuri, Marty Volontiri , Ralph P. Kraft, William R. . Forman, Christine Jones, Eugene Chorazov a Irina Zhuravleva, 6. novembra 2023, Prírodná astronómia.
doi: 10.1038/s41550-023-02111-9

„Objav: Rast prvých masívnych čiernych dier z JWST/NIRSpec – Spektroskopické potvrdenie červeného posunu röntgenovo osvetlenej AGN pri z = 10,1“ od Andyho D. Golding a Jenny E. Green a David J. 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, Vasilij 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 a Adi Zittrain, 22. septembra 2023, Astrophysical Journal Letters.
doi: 10.3847/2041-8213/acf7c5

Marshall Space Flight Center NASA riadi program Chandra. Röntgenové centrum Chandra Smithsonian Astrophysical Observatory riadi vedecké operácie z Cambridge v štáte Massachusetts a letové operácie z Burlingtonu v štáte Massachusetts.

Vesmírny teleskop Jamesa Webba je popredné svetové observatórium vesmírnej vedy. Webb vyrieši záhady našej slnečnej sústavy, pozrie sa za vzdialené svety okolo iných hviezd a preskúma tajomné štruktúry a pôvod nášho vesmíru a naše miesto v ňom. WEB je medzinárodný program, ktorý vedie NASA so svojimi partnermi, Európskou vesmírnou agentúrou (ESA).Európska vesmírna agentúra) a Kanadská vesmírna agentúra.