Astronomii detectează un precursor supermasiv al găurii negre – ar putea fi „veriga lipsă” evolutivă

Aceasta este redarea de către un artist a unei găuri negre supermasive care se află în interiorul nucleului învăluit de praf al unei galaxii cu „explozie de stele” puternic. În cele din urmă, va deveni un quasar extrem de strălucitor odată ce praful se va curăța. Echipa de cercetare consideră că obiectul, descoperit în timpul unui sondaj Hubble Deep Sky Survey, ar putea fi „veriga lipsă” în evoluție între quasari și galaxii cu izbucnire stelare. Gaura neagră prăfuită datează cu doar 750 de milioane de ani după Big Bang. Credit: NASA, ESA, N. Bartmann

O echipă internațională de astronomi a descoperit un obiect unic în universul îndepărtat, timpuriu, care este o legătură crucială între galaxiile care formează stele și apariția primelor găuri negre supermasive. A fost găsit folosind date de arhivă de la[{” attribute=””>NASA/ESA Hubble Space Telescope and other space- and ground-based observatories. This object is the first of its kind to be discovered so early in the Universe’s history and had been lurking unnoticed in one of the best-studied areas of the night sky.

Ever since these objects were discovered at distances corresponding to a time only 750 million years after the Big Bang,[1] astronomii s-au străduit să înțeleagă apariția găurilor negre supermasive în Universul timpuriu. Teoriile și simulările pe computer prezic creșterea rapidă a găurilor negre în primele galaxii prăfuite care formează stele, dar până acum nu fuseseră observate. Acum, însă, astronomii au raportat descoperirea unui obiect – pe care l-au numit GNz7q – despre care se crede că este primul care a crescut atât de rapid.[{” attribute=””>black hole to be found in the early Universe. Archival Hubble data from the Advanced Camera for Surveys helped the team study the compact ultraviolet emission from the black hole’s accretion disc and to determine that GNz7q existed just 750 million years after the Big Bang.

„Analiza noastră sugerează că GNz7q este primul exemplu de gaură neagră cu creștere rapidă în miezul prăfuit al unei galaxii în formă de stea într-un moment apropiat de prima gaură neagră supermasivă cunoscută din Univers”, spune Seiji Fujimoto, astronom la Institutul Niels Bohr de la Universitatea din Copenhaga din Danemarca și autorul principal al lucrării care descrie această descoperire. „Proprietățile obiectului din spectrul electromagnetic sunt în acord excelent cu predicțiile din simulările teoretice.”

GNz7q în câmpul Hubble GOODS-Nord

O echipă internațională de astronomi care utilizează date de arhivă de la telescopul spațial Hubble de la NASA și alte observatoare spațiale și terestre a descoperit un obiect unic în universul îndepărtat, care este o legătură crucială între galaxiile tinere care formează planete, stele și primele găuri negre supermasive. Acest obiect este primul de acest gen care a fost descoperit când universul avea doar 750 de milioane de ani. Se ascundea neobservat într-una dintre cele mai bine studiate zone ale cerului nopții. Obiectul, numit GNz7q, este punctul roșu din centrul imaginii Hubble Great Observatories Origins Deep Survey-North (GOODS-North). Credite: NASA, ESA, Garth Illingworth (UC Santa Cruz), Pascal Oesch (UC Santa Cruz, Yale), Rychard Bouwens (LEI), I. Labbe (LEI), Cosmic Dawn Center/Niels Bohr Institute/Universitatea din Copenhaga, Danemarca

Teoriile actuale prevăd că găurile negre supermasive încep viața în nucleele învăluite în praf ale galaxiilor cu „explozie stelare” care formează puternic stele înainte de a expulza gazele și praful din jur și de a deveni quasari extrem de luminoși. Deși extrem de rare, exemple de galaxii prăfuite și quasari strălucitori au fost detectate în Universul timpuriu. Echipa crede că GNz7q ar putea fi „veriga lipsă” dintre aceste două clase de obiecte.

„GNz7q oferă o legătură directă între aceste două populații rare și oferă o nouă cale de înțelegere a creșterii rapide a găurilor negre supermasive în primele zile ale Universului”, a continuat Fujimoto. „Descoperirea noastră este un precursor al găurilor negre supermasive pe care le observăm în epocile ulterioare”.

În timp ce alte interpretări ale datelor echipei nu pot fi excluse complet, proprietățile observate ale GNz7q sunt în concordanță cu predicțiile teoretice. Galaxia gazdă a lui GNz7q formează stele cu o rată de 1600 de mase solare de stele pe an[2] iar GNz7q în sine pare strălucitor la lungimi de undă ultraviolete, dar foarte slab la lungimi de undă de raze X. Echipa a interpretat acest lucru – împreună cu luminozitatea galaxiei gazdă la lungimi de undă în infraroșu – pentru a sugera că GNz7q găzduiește o gaură neagră în creștere rapidă, încă ascunsă de miezul prăfuit. a discului său de acreție în centrul galaxiei gazdă care formează stelele.

Pe lângă importanța GNz7q pentru înțelegerea originilor găurilor negre supermasive, această descoperire se remarcă prin locația sa în câmpul Hubble GOODS North, una dintre cele mai analizate zone ale cerului nocturn.[3]

GNz7q în câmpul Hubble GOODS-Nord

GNz7q este afișat aici în centrul decupării câmpului Hubble GOODS-Nord. Credit: NASA, ESA, G. Illingworth (Universitatea din California, Santa Cruz), P. Oesch (Universitatea din California, Santa Cruz; Universitatea Yale), R. Bouwens și I. Labbé (Universitatea din Leiden) și echipa științifică, S. Fujimoto şi colab. (Centrul Cosmic Dawn [DAWN] și Universitatea din Copenhaga)

„GNz7q este o descoperire unică care a fost găsită chiar în centrul unui câmp ceresc faimos și bine studiat – arătând că marile descoperiri pot fi adesea ascunse chiar în fața ta”, a comentat Gabriel Brammer, un alt astronom la Institutul Niels Bohr. de la Universitatea din Copenhaga și un membru al echipei din spatele acestui rezultat. „Este puțin probabil ca descoperirea GNz7q în zona relativ mică de anchetă GOODS-N să fi fost doar „noroc prost”, mai degrabă că prevalența acestor surse poate fi de fapt considerabil mai mare decât se credea anterior.”

Găsirea GNz7q ascunsă la vedere a fost posibilă numai datorită seturilor de date unice și detaliate cu mai multe lungimi de undă disponibile pentru GOODS-North. Fără această bogăție de date, GNz7q ar fi fost ușor de trecut cu vederea, deoarece nu avea caracteristicile distinctive utilizate de obicei pentru a identifica quasarii în Universul timpuriu. Echipa speră acum să caute în mod sistematic obiecte similare folosind sondaje dedicate de înaltă rezoluție și să folosească instrumente spectroscopice de la NASA/ESA/CSA James Webb Space Telescope pentru a studia obiecte precum GNz7q în detaliu fără precedent.

„Caracterizarea pe deplin a acestor obiecte și sondarea evoluției lor și a fizicii care stau la baza în detaliu va deveni posibilă cu ajutorul[{” attribute=””>James Webb Space Telescope,” concluded Fujimoto. “Once in regular operation, Webb will have the power to decisively determine how common these rapidly growing black holes truly are.”

Notes

  1. While light travels imperceptibly quickly in day-to-day life, the vast distances in astronomy mean that as astronomers look at increasingly distant objects, they are also looking backward in time. For example, light from the Sun takes around 8.3 minutes to reach Earth, meaning that we view the Sun as it was 8.3 minutes ago. The most distant objects are the furthest back in time, meaning that astronomers studying very distant galaxies are able to study the earliest periods of the Universe.
  2. This does not mean that 1600 Sun-like stars are produced each year in GNz7q’s host galaxy, but rather that a variety of stars are formed each year with a total mass 1600 times that of the Sun.
  3. GOODS — the Great Observatories Origins Deep Survey — is an astronomical survey that combines multi-wavelength observations from some of the most capable telescopes ever built, including Hubble, ESA’s Herschel and XMM-Newton space telescopes, NASA’s Spitzer Space Telescope and Chandra X-ray Observatory, and powerful ground-based telescopes.

For more on this discovery:

Reference: “A dusty compact object bridging galaxies and quasars at cosmic dawn” by S. Fujimoto, G. B. Brammer, D. Watson, G. E. Magdis, V. Kokorev, T. R. Greve, S. Toft, F. Walter, R. Valiante, M. Ginolfi, R. Schneider, F. Valentino, L. Colina, M. Vestergaard, R. Marques-Chaves, J. P. U. Fynbo, M. Krips, C. L. Steinhardt, I. Cortzen, F. Rizzo and P. A. Oesch, 13 April 2022, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-022-04454-1

The Hubble Space Telescope is a project of international cooperation between ESA and NASA.

These results have been published in Nature.

The international team of astronomers in this study consists of S. Fujimoto (Cosmic Dawn Center [DAWN] și Institutul Niels Bohr, Universitatea din Copenhaga, Danemarca), GB Brammer (DAWN și Institutul Niels Bohr, Universitatea din Copenhaga, Danemarca), D. Watson (Institutul DAWN și Niels Bohr, Universitatea din Copenhaga, Danemarca), GE Magdis (DAWN, DTU-Space de la Universitatea Tehnică din Danemarca și Institutul Niels Bohr de la Universitatea din Copenhaga, Danemarca), V. Kokorev (DAWN și Institutul Niels Bohr, Universitatea din Copenhaga, Danemarca), TR Greve (DAWN și DTU-Space, Universitatea Tehnică din Danemarca, Danemarca), S. Toft (DAWN și Institutul Niels Bohr, Universitatea din Copenhaga, Danemarca), F. Walter (DAWN, Danemarca, Institutul Max Planck pentru Astronomie, Germania și Observatorul Național de Radio Astronomie, Statele Unite ale Americii), R . Valiante (INAF-Osservatorio Astronomico di Roma, Roma, Italia), M. Ginolfi (Observatorul European de Sud, Garching, Germania), R. Schneider (INAF-Osservatorio Astronomico di Roma, Roma, Italia și Dipartimento di Fisica , Universita ´ di Roma La Sapienza, Roma, Italia), F. Valentino (DAWN a d Institutul Niels Bohr, Universitatea din Copenhaga, Danemarca), L. Colina (DAWN, Copenhaga, Danemarca și Centro de Astrobiología (CAB, CSIC-INTA), Madrid, Spania), M. Vestergaard (Institutul Niels Bohr, Universitatea din Copenhaga , Danemarca și Observatorul Steward, Universitatea din Arizona, SUA), R. Marques-Chaves (Observatorul de la Geneva, Universitatea din Geneva, Elveția), JPU Fynbo (Institutul DAWN și Niels Bohr, Universitatea din Copenhaga, Danemarca), M. Krips (IRAM) , Domeniul universitar, Saint-Martin-d’Hères, Franța), CL Steinhardt (Institutul DAWN și Niels Bohr, Universitatea din Copenhaga, Danemarca), I. Cortzen (IRAM, Domeniul universitar, Saint-Martin-d’Hères, Franța ) , F. Rizzo (DAWN și Institutul Niels Bohr, Universitatea din Copenhaga, Danemarca) și PA Oesch (DAWN, Copenhaga, Danemarca și Observatorul Geneva, Universitatea din Geneva, Elveția).

Add Comment