С помощью космического телескопа Джеймса Уэбба астрономы наблюдали драматический «танец» между сверхмассивной черной дырой и двумя галактиками-спутниками. Эти наблюдения могут помочь ученым лучше понять, как в ранней Вселенной росли галактики и сверхмассивные черные дыры.
Эта сверхмассивная черная дыра питается окружающей ее материей и образует яркий квазар, настолько далекий, что телескоп Джеймса Уэбба видит его таким, каким он был менее чем через миллиард лет после Большого взрыва. Квазар, получивший название PJ308-21, расположен в активном галактическом ядре (АЯГ) в галактике, находящейся в процессе слияния с двумя массивными галактиками-спутниками.
Команда не только определила, что черная дыра имеет массу, эквивалентную двум миллиардам солнц, но также обнаружила, что и квазары, и галактики, участвующие в этом слиянии, высокоразвиты, что удивительно, учитывая, что они существовали, когда 13,8-летний период старая вселенная была еще младенцем.
Слияние этих трех галактик, вероятно, доставит огромное количество газа и пыли в сверхмассивную черную дыру, способствуя ее росту и позволяя ей продолжать питать PJ308-21.
Связанный: Космический телескоп Джеймса Уэбба обнаружил «чрезвычайно красную» сверхмассивную черную дыру, растущую в ранней Вселенной
«Наше исследование показывает, что обе черные дыры находятся в центрах высоких красных смещений. [early and distant] «Квазары и галактики, в которых они находятся, переживают очень эффективный и бурный рост уже в первый миллиард лет истории Вселенной, чему способствует богатая галактическая среда, в которой формируются эти источники», — говорит руководитель группы Роберто ДеКарли, исследователь из Национального университета Италии. Институт астрофизики (ИНАФ). Об этом он заявил в своем заявлении.
Данные были собраны в сентябре 2022 года с помощью спектрометра ближнего инфракрасного диапазона JWST (NIRSpec) в рамках программы 1554, целью которой является наблюдение за слиянием галактики, в которой находится PJ308-21, и двух ее лунных галактик.
ДеКарли добавил, что эта работа представляет собой настоящее «эмоциональное путешествие» для команды, которая разработала инновационные решения для преодоления первоначальных трудностей при сокращении данных и создания изображений с неопределенностью менее 1% на пиксель.
Квазары рождаются, когда огромные количества газа и пыли окружают сверхмассивные черные дыры, в миллионы или миллиарды раз превышающие массу Солнца, которые лежат в ядре галактик. Этот материал образует плоское облако, называемое аккреционным диском, которое вращается вокруг черной дыры и постепенно питает ее.
Огромные гравитационные силы черной дыры создают мощные приливные силы в этом аккреционном диске, повышая температуру газа и пыли до 120 000 градусов по Фаренгейту (67 000 градусов по Цельсию). Это заставляет свет аккреционного диска излучаться во всем электромагнитном спектре. Это излучение часто ярче, чем совокупный свет каждой звезды в окружающей галактике, что делает квазары, подобные PJ308-21, одними из самых ярких объектов во Вселенной.
Хотя черные дыры не обладают свойствами, которые можно было бы использовать для определения их эволюции, их аккреционные диски (и, следовательно, квазары) обладают ими. Фактически, возраст галактик можно «оценить» таким же образом.
Ранняя Вселенная была полна водорода, самого легкого и простого элемента, и небольшого количества гелия. Это легло в основу первых звезд и галактик, но за время существования этих звездных тел они выковали элементы тяжелее водорода и гелия, которые астрономы называют «металлами».
Когда эти звезды завершили свою жизнь в результате массивных взрывов сверхновых, эти металлы распространились по галактикам и стали строительными блоками для следующего поколения звезд. Этот процесс привел к тому, что звезды, а через них и галактики, стали постепенно становиться «богатыми металлами».
Команда обнаружила, что, как и большинство активных ядер галактик, активное ядро PJ308-21 богато металлами, а газ и пыль, окружающие его, подвергаются процессу «фотоионизации». Это процесс, посредством которого частицы света, называемые фотонами, обеспечивают энергию, необходимую электронам для выхода из атомов, создавая электрически заряженные ионы.
Одна из галактик, сливающихся с родительской галактикой PJ308-21, также богата металлами, а ее вещество также частично фотоионизировано электромагнитным излучением квазара.
Фотоионизация происходит и во второй лунной галактике, но в данном случае она вызвана быстрым звездообразованием. Эта вторая галактика также отличается от первой галактики и активной галактики тем, что кажется бедной металлами.
«Благодаря NIRSpec мы впервые можем изучать оптическую область, которая богата ценными диагностическими данными о свойствах газа вблизи черной дыры в галактике, содержащей квазар, и в окружающих галактиках», — сказал член команды и астрофизик из Национальный институт астрофизики имени Федерики Лойаконо. «Мы можем увидеть, например, излучение атомов водорода и сравнить его с излучением химических элементов, производимых звездами, чтобы определить, насколько богат металлами газ».
Хотя свет этого квазара, датируемый началом Вселенной, попадает в широкий диапазон электромагнитного спектра, включая оптический свет и рентгеновские лучи, единственный способ наблюдать его — в инфракрасном диапазоне.
Это связано с тем, что длина волны света, который путешествовал более 12 миллиардов лет, чтобы достичь телескопа Джеймса Уэбба, резко «растянулась». Это «смещает» свет в сторону «красного конца» электромагнитного спектра — явление, которое астрономы называют «красным смещением» и символизируют буквой «z».
Телескоп Джеймса Уэбба обладает исключительной способностью видеть объекты и события с «высоким красным смещением» или «высоким красным смещением», такие как PJ308-21, благодаря своей чувствительности к инфракрасному свету.
В заключение Лойаконо сказал: «Благодаря чувствительности телескопа Джеймса Уэбба в ближнем и среднем инфракрасном диапазоне стало возможным изучать спектр квазаров и галактик-компаньонов с беспрецедентной точностью в далекой Вселенной. Эти наблюдения могут быть гарантированы только». благодаря превосходному «виду», обеспечиваемому телескопом Джеймса Уэбба».
Исследование команды было принято к публикации в июне 2024 года в журнале. Астрономия и астрофизика.
More Stories
Пентагон обеспокоен новыми шпионскими спутниками Илона Маска
Сверхновая, впервые замеченная в 1181 году, выпустила светящиеся нити.
Астрономы ждут, когда звезда-зомби снова взойдет