НАСА обнаружило рекордную сверхмассивную черную дыру на расстоянии более 13 миллиардов световых лет от Земли

Астрономы обнаружили самую дальнюю черную дыру, когда-либо наблюдавшуюся в рентгеновских лучах, расположенную в галактике UHZ1, на расстоянии более 13 миллиардов световых лет от нас. Используя данные рентгеновской обсерватории «Чандра» и космического телескопа Джеймса Уэбба, результаты показывают, что черная дыра была массивной при рождении, что бросает вызов современным теориям о сверхмассивных черных дырах в ранней Вселенной. Кредит: НАСА

• Главный индикатор роста сверхмассивной массы Черная дыра — Рентгеновское излучение — обнаружено в далекой-далекой галактике.
• Эта галактика UHZ1 расположена на расстоянии 13,2 миллиарда световых лет от нас и наблюдалась, когда возраст Вселенной составлял всего 3% от ее нынешнего возраста.
• НАСАРентгеновская обсерватория Чандра и Космический телескоп Джеймса Уэбба Они объединили свои усилия, чтобы сделать это открытие.
• Это лучшее доказательство того, что некоторые ранние черные дыры образовались из массивных облаков газа.

Астрономы обнаружили самую далекую черную дыру, когда-либо обнаруженную в рентгеновских лучах (в галактике, получившей название UHZ1), с помощью космических телескопов «Чандра» и «Уэбб». Рентгеновское излучение является явным признаком присутствия сверхмассивной черной дыры. Этот результат может объяснить, как образовались некоторые из первых сверхмассивных черных дыр во Вселенной. На этих изображениях показано скопление галактик Abell 2744 за UHZ1, рентгеновские снимки Чандры и инфракрасные данные Уэбба, а также крупные планы родительской галактики черной дыры UHZ1. Источник: Рентгеновские снимки: НАСА/CXC/SAO/Акос Богдан; Инфракрасный: НАСА/ЕКА/CSA/STScI; Обработка изображений: NASA/CXC/SAO/L. Фратари и К. Арканд

Телескопы НАСА обнаружили рекордную черную дыру

На этом изображении видна самая далекая черная дыра, когда-либо обнаруженная с помощью рентгеновских лучей, что потенциально может пролить свет на формирование старейших сверхмассивных черных дыр во Вселенной. Открытие было сделано с использованием рентгеновских лучей рентгеновской обсерватории НАСА «Чандра» (показаны фиолетовым цветом) и инфракрасных данных космического телескопа Джеймса Уэбба (показаны красным, зеленым и синим цветом).

Венгерские расстояния и примечания

Чрезвычайно далекая черная дыра в галактике UHZ1 расположена в направлении скопления галактик Abell 2744. Скопление галактик находится на расстоянии около 3,5 миллиардов световых лет от Земли. Однако данные Уэбба показывают, что UHZ1 находится намного дальше, чем Abell 2744. На расстоянии около 13,2 миллиардов световых лет UHZ1 можно было увидеть, когда возраст Вселенной составлял всего 3% от ее нынешнего возраста.

Гравитационное линзирование и обнаружение рентгеновского излучения

Используя более чем две недели наблюдений с Чандры, исследователи смогли обнаружить рентгеновское излучение от UHZ1, что является признаком присутствия сверхмассивной черной дыры, растущей в центре галактики. Рентгеновский сигнал настолько слаб, что Чандра смогла обнаружить его – даже при таком длительном наблюдении – только благодаря явлению, известному как гравитационное линзирование, которое усилило сигнал в четыре раза.

Методы визуализации и ориентации

Фиолетовые части изображения показывают рентгеновские лучи от большого количества горячего газа в Abell 2744. На инфракрасном изображении видны сотни галактик в скоплении, а также несколько звезд на переднем плане. Вставки увеличены до небольшой области вокруг UHZ1. Небольшой объект на веб-изображении — далекая галактика UHZ1, а в центре изображения «Чандры» видны рентгеновские лучи, исходящие из материала, близкого к сверхмассивной черной дыре в середине UHZ1. Большой размер рентгеновского источника по сравнению с инфракрасным изображением галактики обусловлен тем, что он представляет собой наименьший объем, который может разрешить «Чандра». На самом деле рентгеновские лучи исходят из гораздо меньшей области галактики.

К полноэкранному изображению Chandra и к изображению Chandra крупным планом применялось различное сглаживание. Сглаживание было выполнено для многих пикселей большого изображения, чтобы выделить слабое кластерное излучение за счет отсутствия показа слабых точечных источников рентгеновского излучения, таких как UHZ1. К изображению крупным планом было применено гораздо меньше сглаживания, чтобы появились слабые источники рентгеновского излучения. Изображение ориентировано так, что север указывает на 42,5 градуса вправо от вертикали.

Иллюстрация: Тяжелая черная дыра образовалась в результате прямого коллапса массивного облака газа. Источник изображения: НАСА/STScI/Лия Хостак

Важность открытия

Это открытие важно для понимания того, как некоторые сверхмассивные черные дыры, содержащие до миллиардов солнечных масс и обнаруженные в центрах галактик, могут достигать огромных масс так скоро после Большого взрыва. Образуются ли они непосредственно в результате коллапса массивных газовых облаков, создавая черные дыры весом от десяти до ста тысяч солнц? Или оно происходит от взрывов первых звезд, создающих черные дыры с массой всего от десяти до ста солнц?

Результаты исследований и теоретические выводы

Команда астрономов нашла убедительные доказательства того, что недавно открытая черная дыра в UHZ1 родилась массивной. По оценкам ученых, ее масса составляет от 10 до 100 миллионов солнц, исходя из яркости и энергии рентгеновских лучей. Этот диапазон масс аналогичен таковому всех звезд в галактике, в которой они живут, что резко контрастирует с черными дырами в центрах галактик в соседней Вселенной, которые обычно содержат лишь около десятой процента их собственной массы. . Звезды-хозяева галактики.

Большая масса черной дыры в молодом возрасте, а также количество излучаемого ею рентгеновского излучения и яркость галактики, открытой Уэббом, согласуются с теоретическими предсказаниями 2017 года о «сверхмассивной черной дыре», которая образовалась непосредственно из галактика. Коллапс огромного облака газа.

Постоянные исследования и сотрудничество

Исследователи планируют использовать эти и другие результаты, полученные от Уэбба и тех, кто собирает данные с других телескопов, чтобы составить более широкую картину ранней Вселенной.

Статья с описанием результатов опубликована в Природная астрономия. Среди авторов Акос Богдан (Центр астрофизики | Гарвард и Смитсоновский институт), Энди Голдинг (Университет Принстон), Приямвада Натараджан (Йельский университет), Урсоля Ковач (Масариков университет, Чехия), Грант Трамбле (CFA), Урмила Чадаямури (CfA), Марта Волонтер (Парижский институт астрофизики, Франция), Ральф Крафт (CfA), Уильям Фурманн (CfA), Кристин Джонс (CfA), Евгений Хоразов (Институт астрофизики Макса Планка, Германия) и Ирина Журавлева (Чикагский университет).

Данные Уэбба, использованные в обоих исследованиях, являются частью исследования под названием Ultradeep Nirspec и nirCam Observations Before the Era of Reionization (UNCOVER). Газета, возглавляемая членом команды UNCOVER Энди Голдингом, опубликована в Письма в астрофизическом журнале. В число соавторов входят другие члены команды UNCOVER, а также Богдан и Натараджан. Подробный документ по интерпретации, сравнивающий наблюдаемые свойства UHZ1 с теоретическими моделями массивных галактик с черными дырами, в настоящее время находится на рассмотрении, и доступен препринт. здесь.

Использованная литература:

«Доказательства происхождения тяжелых зародышей ранних сверхмассивных черных дыр из рентгеновского квазара az ≈ 10», Акос Богдан, Энди Д. Голдинг, Приямвада Натараджан, Урсулия Э. Ковач, Грант Р. Трембле, Урмила Чадаямури, Марта Волонтер, Ральф Б. Крафт, Уильям Р. Форман, Кристин Джонс, Евгений Хоразов и Ирина Журавлева, 6 ноября 2023 г., Природная астрономия.
дои: 10.1038/s41550-023-02111-9

«Открытие: рост первых массивных черных дыр по данным JWST/NIRSpec – спектроскопическое красное смещение, подтверждающее рентгеновское излучение АЯГ на z = 10,1», Энди Д. Голдинг и Дженни Э. Грин и Дэвид Дж. Ситон, Иво Лаппе, Рэйчел Безансон, Тим Б. Миллер, Хаким Атик, Акос Богдан, Габриэль Браммер, Ирина Чемеринска, Сэм Э. Катлер, Пратика Даял, Ёсинобу Фудамото, Сейджи Фудзимото, Лукас Дж. Фуртак, Василий Кокорев, Гаурав Хуллар, Джоэл Лея, Данило Маркезини, Приямвада Натараджан, Эрика Нельсон, Паскаль А. Оиш, Ричард Пэн, Кейси Папович, Седона Х. Прайс, Питер ван Доккум, Бенджи Ванг, Джон Р. Уивер, Кэтрин Э. Уитакер и Ади Зиттрейн, 22 сентября 2023 г., Письма в астрофизическом журнале.
дои: 10.3847/2041-8213/acf7c5

Центр космических полетов имени Маршалла НАСА управляет программой «Чандра». Рентгеновский центр «Чандра» Смитсоновской астрофизической обсерватории контролирует научные операции из Кембриджа, штат Массачусетс, и полеты из Берлингтона, штат Массачусетс.

Космический телескоп Джеймса Уэбба — ведущая в мире обсерватория космической науки. Уэбб разгадает тайны нашей Солнечной системы, заглянет за пределы далеких миров вокруг других звезд и исследует загадочные структуры и происхождение нашей Вселенной и наше место в ней. WEB — это международная программа, возглавляемая НАСА совместно с Европейским космическим агентством (ЕКА).Европейское космическое агентство) и Канадское космическое агентство.