Телескоп Джеймса Уэбба расшифровывает черные дыры в ранней Вселенной

Недавние наблюдения с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба двух квазаров из зарождения Вселенной открывают важную информацию о ранних отношениях между черными дырами и их галактиками, отражая соотношения масс, наблюдаемые в более поздней Вселенной.

Новые изображения, полученные космическим телескопом Джеймса Уэбба (JWST), впервые показали звездный свет от двух массивных галактик, в которых находятся активно растущие черные дыры — квазары, — видимый менее чем через миллиард лет после Большого взрыва. Масса черных дыр примерно в миллиард раз больше массы Солнца, а массы родительских галактик примерно в сто раз больше — соотношение, аналогичное тому, что наблюдается в более молодой Вселенной. Согласно недавнему исследованию 2016 года, мощное сочетание широкоугольного обзора телескопа Субару и космического зонда Джеймса Уэбба проложило новый способ изучения далекой Вселенной. природа.

Наблюдения гигантских черных дыр в последние годы привлекли внимание астрономов. Телескоп горизонта событий (EHT) начал фотографировать «тени» черных дыр в центрах галактик. Премия по физике 2020 года была присуждена за наблюдения за движением звезд в центре галактики. Млечный Путь. Хотя существование таких гигантских черных дыр хорошо известно, никто не знает их происхождения.

Астрономы сообщили о существовании черных дыр с массой в миллиард солнечных масс в течение первого миллиарда лет существования Вселенной. Так как же эти черные дыры могли вырасти до таких размеров, когда Вселенная была такой молодой? Еще более загадочным является то, что наблюдения в локальной Вселенной показывают четкую связь между массой сверхмассивных черных дыр и более массивными галактиками, в которых они находятся. Галактики и черные дыры имеют совершенно разные размеры, так что же появилось раньше: черные дыры или галактики? Это проблема «курицы или яйца» на космическом уровне.

Изображение HSC J2236+0032, полученное с помощью JWST NIRCam, 3,6 мкм. Миниатюрное изображение, изображение квазара и изображение родительской галактики после вычитания света квазара (слева направо). Масштаб изображения указан в световых годах на каждой панели. Авторы и права: Дин, Оно, Сильверман и др.

Международную команду исследователей возглавляют Масафуса Онуи, научный сотрудник Кавли по астрофизике в Институте астрономии и астрофизики Кавли (KIAA) Пекинского университета, и Шухэн Дин, научный сотрудник Института космической физики и математики Кавли (ИПМУ Кавли). ). ), и Джон Сильверман, профессор Кавли в ИПМУ, решил ответить на этот вопрос, используя Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST), 6,5-метровый космический телескоп, разработанный в результате международного сотрудничества между… НАСА, Европейское космическое агентство (ESA) и Канадского космического агентства (CSA) и были запущены в декабре 2021 года.

Квазары светятся, а родительские галактики — тусклые, что затрудняет исследователям обнаружение слабого галактического света в свечении квазара, особенно на больших расстояниях. «Обнаружение родительских галактик квазаров с красным смещением 6 похоже на попытку обнаружить светлячков во время захватывающего фейерверка в запотевших очках. Хозяйские галактики невероятно тусклые, а разрешение изображения было очень ограниченным, даже с Космический телескоп Хаббл«Поэтому раскрыть его скрытую красоту становится настоящей проблемой», — говорит Сюйэн Дин.

Художественная концепция космического телескопа Джеймса Уэбба НАСА. Источник изображения: НАСА, ЕКА и Northrop Grumman.

С помощью космического телескопа Джеймса Уэбба команда наблюдала два квазара, HSC J2236+0032 и HSC J2255+0251, с красными смещениями 6,40 и 6,34, когда Вселенной было около 860 миллионов лет. Эти два квазара были первоначально обнаружены посредством крупномасштабного обзора 8,2-метрового телескопа Субару, с помощью которого исследовательская группа на сегодняшний день идентифицировала более 160 квазаров. Относительно низкая светимость этих квазаров делает их главными целями для измерения свойств родительской галактики, а успешное открытие хозяев представляет собой первую на сегодняшний день эпоху, когда звездный свет был обнаружен в квазаре.

Изображения квазаров в инфракрасных длинах волн 3,56 и 1,50 микрона были получены с помощью инструмента NIRCam компании JWST, а родительские галактики стали видны после тщательного моделирования и вычитания свечения аккрецирующих черных дыр. Звездная подпись родительской галактики также была видна в спектре J2236+0032, полученном JWST NIRSpec, что подтверждает открытие родительской галактики. «Я принимал активное участие в исследованиях квазаров с высоким красным смещением, проводимых Субару, еще с тех пор, как я работал в докторантуре в Национальной астрономической обсерватории Японии. Я чрезвычайно горжусь успешным обнаружением звездного света от квазаров HSC, которые мы обнаружили с помощью Субару», — говорит Масафуса Оноэ.

Исследователь проекта IPMU Кавли Сюэн Дин, профессор Джон Сильверман и научный сотрудник Института астрономии и астрофизики Кавли (PKU-KIAA) Масафуса Оноуэ (слева направо). Источник: ИПМУ Кавли, ИПМУ Кавли, Масафуса Оноуэ.

В ходе наблюдений команда обнаружила, что… Черная дыра Масса родительской галактики аналогична массе молодой Вселенной. Результат предполагает, что связь между черными дырами и их хозяевами существовала уже в течение первого миллиарда лет после взрыва. великий взрыв. Команда продолжит это исследование с большей выборкой далеких квазаров с целью ограничить историю коэволюционного роста черных дыр и их родительских галактик в течение космического времени. Эти наблюдения будут ограничивать модели совместной эволюции черных дыр и родительских галактик.

Подробнее об этом открытии читайте в статье «Исследователи открывают родительские галактики квазаров в ранней Вселенной».

Ссылка: «Обнаружение звездного света от родительских галактик квазаров при красных смещениях выше 6» Шухэн Дин, Масафуса Онуи, Джон Д. Сильверман, Ёсики Мацуока, Такума Идзуми, Майкл А. Штраусс, Кнуд Янке, Камрин Л. Филлипс, Джуньяо Ли, Марта Волунтьери, Золтан Хейманн, Эрхам Тауфик Андика, Кентаро Аоки, Сюнсуке Баба, Ребекка Перри, Сара Э. Босман, Коннор Боттрелл, Анна-Кристина Элерс, Сейджи Фудзимото, Мелани Хапосет, Масатоши Иманиши, Кохей Инаёси, Кадзуши Ивасава, Нобунари Кисикава, Тосихиро. Кавагути, Котаро Коно, Шин-Сю Ли, Алессандро Лупи, Цзянвэй Лю, Тору Нагао, Родерик Оверзер, Ян Торг Шиндлер, Малте Шрамм, Казухиро Симасако, Йошики Тоба, Бенни Трахтенброт, Максим Требич, Томмазо Трие, Хидеки Умехата, Брэм Б. Веннеманс, Марианна Вестергаард, Фабиан Вальтер, Фейг Ван и Дженни Янг, 28 июня 2023 г., природа.
дои: 10.1038/s41586-023-06345-5