Използвайки космическия телескоп Джеймс Уеб, астрономите са наблюдавали драматичния „танц“ между свръхмасивна черна дупка и две сателитни галактики. Тези наблюдения могат да помогнат на учените да разберат по-добре как галактиките и свръхмасивните черни дупки са се развили в ранната вселена.
Тази свръхмасивна черна дупка се храни с материята около нея и доставя ярък квазар, който е толкова отдалечен, че телескопът на Джеймс Уеб го вижда такъв, какъвто е бил по-малко от милиард години след Големия взрив. Квазарът, наречен PJ308-21, се намира в активно галактическо ядро (AGN) в галактика в процес на сливане с две масивни сателитни галактики.
Екипът не само установи, че черната дупка има маса, еквивалентна на два милиарда слънца, но също така установи, че и квазарите, и галактиките, участващи в това сливане, са силно еволюирали, изненада, като се има предвид, че те са съществували, когато 13,8-годишният старата вселена беше просто бебе.
Сливането на тези три галактики вероятно ще достави огромни количества газ и прах към свръхмасивната черна дупка, което ще улесни растежа й и ще й позволи да продължи да захранва PJ308-21.
Свързани: Космическият телескоп Джеймс Уеб открива „изключително червена“ свръхмасивна черна дупка, растяща в ранната вселена
„Нашето изследване разкрива, че и двете черни дупки са в центрове с високо червено отместване [early and distant] „Квазарите и галактиките, които ги приютяват, претърпяват много ефективен и бурен растеж още през първите милиарди години от историята на Вселената, подпомогнати от богатата галактическа среда, в която се формират тези източници“, казва ръководителят на екипа Роберто ДеКарли, изследовател в италианския Национален Институт по астрофизика (INAF). Той каза в изявление.
Данните са събрани през септември 2022 г. от инструмента за близък инфрачервен спектрометър (NIRSpec) на JWST като част от програмата 1554, която има за цел да наблюдава сливането между галактиката, в която се намира PJ308-21, и две от нейните лунни галактики.
ДеКарли добави, че работата представлява истинско „емоционално пътуване“ за екипа, който разработи иновативни решения за преодоляване на първоначалните трудности при намаляване на данните и създаване на изображения с по-малко от 1% несигурност на пиксел.
Квазарите се раждат, когато огромни количества газ и прах обграждат свръхмасивни черни дупки милиони или милиарди пъти по-големи от масата на Слънцето, които лежат в ядрото на галактиките. Този материал образува плосък облак, наречен акреционен диск, който обикаля около черната дупка и постепенно я захранва.
Огромните гравитационни сили на черната дупка генерират мощни приливни сили в този акреционен диск, повишавайки температурата на газа и праха до 120 000 градуса по Фаренхайт (67 000 градуса по Целзий). Това кара светлината от акреционния диск да излъчва през електромагнитния спектър. Това излъчване често е по-ярко от комбинираната светлина на всяка звезда в заобикалящата галактика, което прави квазари като PJ308-21 едни от най-ярките обекти във Вселената.
Докато черните дупки нямат свойства, които могат да се използват за определяне на тяхната еволюция, техните акреционни дискове (и следователно квазари) имат. Всъщност възрастта на галактиките може да бъде „оценена“ по същия начин.
Ранната вселена е била пълна с водород, най-лекият и прост елемент, и малко количество хелий. Това формира основата за първите звезди и галактики, но по време на живота на тези звездни тела те изковаха елементи, по-тежки от водорода и хелия, които астрономите наричат „метали“.
Когато тези звезди завършиха живота си в масивни експлозии на супернови, тези метали се разпространиха в техните галактики и станаха градивни елементи за следващото поколение звезди. Този процес е накарал звездите, а чрез тях и галактиките, да станат прогресивно „богати на метали“.
Екипът установи, че подобно на повечето активни галактически ядра, активното ядро на PJ308-21 е богато на метали и че газът и прахът около него претърпяват процес на „фотойонизация“. Това е процесът, чрез който частиците светлина, наречени фотони, осигуряват енергията, необходима на електроните, за да избягат от атомите, създавайки електрически заредени йони.
Една от галактиките, които се сливат с приемната галактика PJ308-21, също е богата на метал и нейната материя също е частично фотойонизирана от електромагнитно излъчване от квазара.
Фотойонизация се случва и във втората лунна галактика, но в този случай тя е причинена от пристъп на бързо звездообразуване. Тази втора галактика също се различава от първата галактика и активната галактика по това, че изглежда бедна на метали.
„Благодарение на NIRSpec можем за първи път да изследваме оптичния домейн, който е богат на ценни диагностични данни за свойствата на газа близо до черната дупка в галактиката, в която се намира квазарът, и в околните галактики“, каза член на екипа и астрофизик в Националния институт по астрофизика Федерика Лояконо. „Можем да видим, например, емисиите на водородни атоми и да ги сравним с емисиите на химически елементи, произведени от звездите, за да определим колко богат на метал е газът.“
Въпреки че светлината от този квазар, датиращ от началото на Вселената, попада в широк диапазон от електромагнитния спектър, включително оптична светлина и рентгенови лъчи, единственият начин да се наблюдава е в инфрачервения диапазон.
Това е така, защото дължината на вълната на светлината, която е пътувала повече от 12 милиарда години, за да достигне до телескопа Джеймс Уеб, е била драстично „разтегната“. Това „измества“ светлината към „червения край“ на електромагнитния спектър, явление, което астрономите наричат “червено изместване“ и символизирано с буквата „z“.
Телескопът James Webb има изключителна способност да вижда обекти и събития с „високо червено отместване“ или „високо червено отместване“ като PJ308-21 поради своята чувствителност към инфрачервена светлина.
Лояконо заключи, като каза: „Благодарение на чувствителността на телескопа Джеймс Уеб в близкия и средния инфрачервен диапазон, стана възможно да се изследва спектърът на квазарите и придружаващите галактики с безпрецедентна точност в далечната вселена. Тези наблюдения могат да бъдат осигурени от отличната „гледка“, предоставена от телескопа „Джеймс Уеб“.
Изследването на екипа е прието за публикуване през юни 2024 г. в списанието Астрономия и астрофизика.
„Тотален фен на Twitter. Нежно очарователен почитател на бекона. Сертифициран специалист по интернет.“
More Stories
Смъртните случаи от рак в Съединените щати са намалели с 33% за 30 години, но алкохолът остава по-малко известен рисков фактор
Африканското скално изкуство може да показва изчезнало животно, живяло милиони години преди появата на хората
Вкаменено създание може да обясни озадачаваща рисунка върху скална стена