Nedávne pozorovania dvoch kvazarov zo začiatku vesmíru vesmírnym teleskopom Jamesa Webba odhaľujú dôležité poznatky o ranom vzťahu medzi čiernymi dierami a ich galaxiami, ktoré odzrkadľujú hmotnostné pomery pozorované v novšom vesmíre.

Nové snímky nasnímané vesmírnym teleskopom Jamesa Webba (JWST) po prvý raz odhalili svetlo hviezd z dvoch masívnych galaxií, v ktorých sa nachádzajú aktívne rastúce čierne diery – kvazary – videné menej ako miliardu rokov po Veľkom tresku. Čierne diery majú hmotnosť asi miliardu krát väčšiu ako Slnko a hmotnosti ich hostiteľských galaxií sú asi stokrát väčšie, čo je pomer podobný tomu, ktorý sa nachádza v mladšom vesmíre. Podľa nedávnej štúdie z roku 2016 vydláždila výkonná kombinácia širokopoľného prieskumu ďalekohľadu Subaru a vesmírnej sondy Jamesa Webba nový spôsob štúdia vzdialeného vesmíru. prírody.

Pozorovanie obrovských čiernych dier priťahuje v posledných rokoch pozornosť astronómov. Teleskop EHT (Event Horizon Telescope) začal snímať „tieň“ čiernych dier v centrách galaxií. Nová cena za fyziku za rok 2020 bola udelená za pozorovanie pohybu hviezd v srdci galaxie. mliečna dráha. Zatiaľ čo existencia takýchto obrovských čiernych dier je dobre preukázaná, nikto nepozná ich pôvod.

Astronómovia oznámili existenciu čiernych dier s hmotnosťou miliardy slnečných hmôt počas prvej miliardy rokov vesmíru, tak ako mohli tieto čierne diery narásť do takej veľkosti, keď bol vesmír taký mladý? Ešte záhadnejšie je, že pozorovania v miestnom vesmíre ukazujú jasný vzťah medzi hmotnosťou supermasívnych čiernych dier a masívnejšími galaxiami, v ktorých sídlia. Galaxie a čierne diery majú úplne odlišné veľkosti, takže čo bolo prvé: čierne diery alebo galaxie? Toto je problém „kura alebo vajca“ na kozmickej úrovni.

3,6 µm JWST NIRCam obraz HSC J2236+0032. Miniatúrny obrázok, obrázok kvazaru a obrázok hostiteľskej galaxie po odčítaní svetla kvazaru (zľava doprava). Mierka obrazu je na každom paneli uvedená vo svetelných rokoch. Poďakovanie: Ding, Ono, Silverman a kol.

Medzinárodný tím výskumníkov vedie Masafusa Ono, člen Kavli pre astrofyziku na Kavli Institute for Astronomy and Astrophysics (KIAA) na Pekingskej univerzite, a Shuheng Ding, výskumný pracovník na Kavli Institute for Cosmic Physics and Mathematics (Kavli IPMU). ). ) a John Silverman, profesor Kavli na IPMU, sa rozhodli odpovedať na túto otázku pomocou Vesmírny teleskop Jamesa Webba (JWST), 6,5-metrový vesmírny teleskop vyvinutý v rámci medzinárodnej spolupráce medzi… NASA, Európska vesmírna agentúra (ESA) a Kanadská vesmírna agentúra (CSA) a boli spustené v decembri 2021.

Kvazary sú svetelné, zatiaľ čo ich hostiteľské galaxie sú slabé, čo výskumníkom sťažuje detekciu slabého galaktického svetla v žiare kvazaru, najmä na veľké vzdialenosti. „Nájsť hostiteľské galaxie kvazarov pri červenom posune 6 je ako pokúšať sa zbadať svetlušky vo veľkolepom ohňostroji pri nosení zahmlených okuliarov. Hostiteľské galaxie sú neuveriteľne slabé a rozlíšenie obrazu bolo veľmi obmedzené, dokonca aj pri Hubblov vesmírny teleskop„Preto je odhalenie jeho skrytej krásy skutočnou výzvou,“ hovorí Xuheng Ding.

Umelcov koncept vesmírneho teleskopu Jamesa Webba agentúry NASA. Zdroj obrázkov: NASA, ESA a Northrop Grumman

Tím pozoroval dva kvazary pomocou vesmírneho teleskopu Jamesa Webba, HSC J2236+0032 a HSC J2255+0251, pri červenom posune 6,40 a 6,34, keď bol vesmír starý asi 860 miliónov rokov. Tieto dva kvazary boli pôvodne objavené prostredníctvom rozsiahleho prieskumu 8,2-metrového teleskopu Subaru, pomocou ktorého výskumný tím doteraz identifikoval viac ako 160 kvazarov. Relatívne nízka svietivosť týchto kvazarov z nich robí hlavné ciele na meranie vlastností ich hostiteľskej galaxie a úspešné objavenie hostiteľov predstavuje doteraz prvú epochu, v ktorej bolo v kvazare detegované hviezdne svetlo.

Snímky kvazarov s infračervenými vlnovými dĺžkami 3,56 a 1,50 mikrónov boli zachytené pomocou prístroja NIRCam spoločnosti JWST a hostiteľské galaxie sa stali zjavnými po starostlivom modelovaní a odčítaní žiary z pribúdajúcich čiernych dier. Hviezdny podpis hostiteľskej galaxie bol tiež viditeľný v spektre zachytenom JWST NIRSpec z J2236+0032, čo podporuje objav hostiteľskej galaxie. „Bol som hlboko zapojený do prieskumu kvazarov s vysokým červeným posunom od Subaru od mojich doktorandských rokov na Národnom astronomickom observatóriu Japonska. Som mimoriadne hrdý na úspešnú detekciu hviezdneho svetla z kvazarov HSC, ktoré sme našli so Subaru,“ hovorí Masafusa Onoe.

Výskumník projektu Kavli IPMU Xuheng Ding, profesor John Silverman a Inštitút pre astronómiu a astrofyziku Kavli (PKU-KIAA) člen Kavli Astrophysics Masafusa Onoue (zľava). Kredit: Kavli IPMU, Kavli IPMU, Masafusa Onoue

Prostredníctvom pozorovaní tím zistil, že… Čierna diera Hmotnosť hostiteľskej galaxie je podobná ako v mladšom vesmíre. Výsledok naznačuje, že vzťah medzi čiernymi dierami a ich hostiteľmi existoval už počas prvej miliardy rokov po výbuchu veľký výbuch. Tím bude pokračovať v tejto štúdii s väčšou vzorkou vzdialených kvazarov s cieľom obmedziť históriu koevolučného rastu čiernych dier a ich materských galaxií v kozmickom čase. Tieto pozorovania obmedzia modely koevolúcie čiernych dier a ich hostiteľských galaxií.

Prečítajte si viac o tomto objave na stránke Výskumníci objavujú kvazarové hostiteľské galaxie v ranom vesmíre.

Referencia: „Detekcia hviezdneho svetla z kvazarových hostiteľských galaxií s červeným posunom vyšším ako 6“ od Shuheng Ding, Masafusa Onui, John D. Silverman, Yoshiki Matsuoka, Takuma Izumi, Michael A. Strauss, Knud Janke, Camryn L. Phillips, Junyao Li, Marta Volontieri, Zoltan Heymann, Erham Tawfiq Andika, Kentaro Aoki, Shunsuke Baba, Rebecca Perry, Sarah E. Bosman, Connor Bottrell, Anna-Kristina Ehlers, Seiji Fujimoto, Melanie Haposet, Masatoshi Imaniashi, Kohe Kohi Iwasawa, Nobunari Kishikawa, Toshihiro. Kawaguchi, Kotaro Kohno, Shin-Hsiu Lee, Alessandro Lupi, Jianwei Liu, Toru Nagao, Roderick Overzer, Jan Torg Schindler, Malte Schramm, Kazuhiro Shimasako, Yoshiki Toba, Benny Trachtenbrot, Maxim Trebich, Tommaso Trieu, Bramhat U, Bramhat Vennemans, Marianne Vestergaard, Fabian Walter, Feig Wang a Jenny Yang, 28. júna 2023, prírody.
doi: 10.1038/s41586-023-06345-5