НАСА открива рекордна свръхмасивна черна дупка на повече от 13 милиарда светлинни години

Астрономите откриха най-отдалечената черна дупка, наблюдавана някога с рентгенови лъчи, разположена в галактиката UHZ1, на повече от 13 милиарда светлинни години. Използвайки данни от рентгеновата обсерватория Чандра и космическия телескоп Джеймс Уеб, резултатите предполагат, че черната дупка е била масивна при раждането, оспорвайки настоящите теории за свръхмасивни черни дупки в ранната вселена. Кредит: НАСА

• Основен индикатор за нарастваща свръхмасивна маса Черна дупка – Рентгеново излъчване – намерено в далечна, далечна галактика.
• Тази галактика, UHZ1, се намира на 13,2 милиарда светлинни години и е наблюдавана, когато Вселената е била само на 3% от сегашната си възраст.
• НАСАРентгенова обсерватория Чандра и Космически телескоп Джеймс Уеб Те обединиха усилията си, за да направят това откритие.
• Това е най-доброто доказателство досега, че някои ранни черни дупки са се образували от масивни облаци газ.

Астрономите откриха най-отдалечената черна дупка, откривана някога с рентгенови лъчи (в галактика, наречена UHZ1), използвайки космическите телескопи Chandra и Webb. Рентгеновото излъчване е ясен знак за наличието на свръхмасивна черна дупка. Този резултат може да обясни как са се образували някои от първите свръхмасивни черни дупки във Вселената. Тези изображения показват галактическия клъстер Abell 2744 зад UHZ1, в рентгенова снимка от Chandra и инфрачервени данни от Webb, както и близки планове на галактиката домакин на черната дупка UHZ1. Източник: Рентген: NASA/CXC/SAO/Ákos Bogdán; Инфрачервен: NASA/ESA/CSA/STScI; Обработка на изображения: NASA/CXC/SAO/L. Фратари и К. Арканд

Телескопите на НАСА откриха рекордна черна дупка

Това изображение разкрива най-отдалечената черна дупка, идентифицирана някога чрез рентгенови лъчи, като потенциално хвърля светлина върху образуването на най-старите супермасивни черни дупки във Вселената. Откритието е направено с помощта на рентгенови лъчи от рентгеновата обсерватория Чандра на НАСА (показани в лилаво) и инфрачервени данни от космическия телескоп Джеймс Уеб (показани в червено, зелено и синьо).

Унгарски разстояния и бележки

Изключително далечната черна дупка в галактиката UHZ1 се намира в посока на галактическия клъстер Abell 2744. Галактическият клъстер е на около 3,5 милиарда светлинни години от Земята. Данните на Webb обаче разкриват, че UHZ1 е много по-далеч от Abell 2744. На около 13,2 милиарда светлинни години UHZ1 можеше да се види, когато Вселената беше само на 3% от сегашната си възраст.

Гравитационни лещи и детекция на рентгенови лъчи

Използвайки повече от две седмици наблюдения от Chandra, изследователите успяха да открият рентгеново излъчване от UHZ1, индикация за наличието на супермасивна черна дупка, растяща в центъра на галактиката. Рентгеновият сигнал е толкова слаб, че Чандра успя да го открие само – дори при толкова дълго наблюдение – поради феномен, известен като гравитационна леща, който усили сигнала с фактор четири.

Техники за изобразяване и ориентация

Лилавите части на изображението показват рентгенови лъчи от големи количества горещ газ в Abell 2744. Инфрачервеното изображение показва стотици галактики в клъстера, заедно с няколко звезди на преден план. Вложките са уголемени до малка област, центрирана около UHZ1. Малкият обект в уеб изображението е далечната галактика UHZ1, а центърът на изображението на Чандра показва рентгенови лъчи, идващи от материал близо до свръхмасивната черна дупка в средата на UHZ1. Големият размер на източника на рентгенови лъчи в сравнение с инфрачервения изглед на галактиката е защото представлява най-малкия обем, който Чандра може да разреши. Рентгеновите лъчи всъщност идват от много по-малък регион на галактиката.

Беше приложено различно изглаждане към изображението на Чандра в пълно поле и към изображението на Чандра в близък план. Изглаждането беше извършено в много пиксели на голямото изображение, за да се подчертае слабото клъстерно излъчване, за сметка на това да не се показват слаби точкови рентгенови източници като UHZ1. Много по-малко изглаждане беше приложено към изображението в близък план, така че да се появят слаби източници на рентгенови лъчи. Изображението е ориентирано така, че северът да сочи 42,5 градуса вдясно от вертикалата.

Илюстрация: Тежка черна дупка, образувана от директен колапс на масивен облак от газ. Източник на изображението: NASA/STScI/Leah Hostak

Значението на откритието

Откритието е важно за разбирането как някои свръхмасивни черни дупки – тези, които съдържат до милиарди слънчеви маси и се намират в центровете на галактиките – могат да достигнат масивни маси толкова скоро след Големия взрив. Дали те се образуват директно от колапса на масивни газови облаци, създавайки черни дупки с тегло между десет хиляди и сто хиляди слънца? Или идва от експлозиите на първите звезди, които създават черни дупки, тежащи само десет до сто слънца?

Резултати от изследването и теоретични изводи

Екипът от астрономи намери сериозни доказателства, че новооткритата черна дупка в UHZ1 се е родила масивна. Те оценяват масата му на между 10 и 100 милиона слънца въз основа на яркостта и енергията на рентгеновите лъчи. Този масов диапазон е подобен на този на всички звезди в галактиката, в която живеят, което е в рязък контраст с черните дупки в центровете на галактиките в близката вселена, които обикновено съдържат само около една десета от процента от собствената си маса . Домакин на галактически звезди.

Голямата маса на черната дупка в ранна възраст, както и количеството рентгенови лъчи, които излъчва, и яркостта на галактиката, открита от Webb, са в съответствие с теоретичните прогнози от 2017 г. за „свръхмасивна черна дупка“, която се е образувала директно от галактиката. Колапс на огромен облак от газ.

Непрекъснато проучване и сътрудничество

Изследователите планират да използват тези и други резултати, получени от Webb и тези, които събират данни от други телескопи, за да попълнят по-голяма картина на ранната вселена.

Документът, описващ резултатите, се появява в Природна астрономия. Авторите включват Акос Богдан (Център за астрофизика | Харвард и Смитсониън), Анди Голдинг (Принстънския университет), Приямвада Натараджан (Йейлския университет), Урсоля Ковач (Университет Масарик, Чехия), Грант Трембле (CFA), Урмила Чадаямури (CfA), Марта Волонтер (Институт за астрофизика в Париж, Франция), Ралф Крафт (CfA), Уилям Фурман (CfA), Кристин Джоунс (CfA), Юджийн Чоразов (Институт за астрофизика Макс Планк, Германия) и Ирина Журавлева (Чикагски университет).

Данните на Webb, използвани в двете изследвания, са част от проучване, наречено Ultradeep Nirspec и nirCam наблюдения преди ерата на рейонизацията (UNCOVER). Документът, ръководен от члена на екипа на UNCOVER Анди Голдинг, се появява в Astrophysical Journal Letters. Съавтори включват други членове на екипа на UNCOVER, както и Богдан и Натараджан. Документ за подробна интерпретация, сравняващ наблюдаваните свойства на UHZ1 с теоретични модели на масивни галактики с черна дупка, в момента е в процес на преглед и е наличен предпечат. тук.

Препратки:

„Доказателство за произхода на тежки семена за ранни свръхмасивни черни дупки от рентгеновия квазар az ≈ 10“ от Akos Bogdan, Andy D. Голдинг, Приямвада Натараджан, Урсулия Е. Ковач, Грант Р. Трамбле, Урмила Чадаямури, Марта Волонтер, Ралф Б. Крафт, Уилям Р. Форман, Кристин Джоунс, Юджийн Чоразов и Ирина Журавлева, 6 ноември 2023 г. Природна астрономия.
doi: 10.1038/s41550-023-02111-9

„Откритие: Растеж на първите масивни черни дупки от JWST/NIRSpec – Спектроскопско потвърждение на червеното отместване на рентгеново осветена AGN при z = 10,1“ от Анди Д. Голдинг и Джени Е. Грийн и Дейвид Дж. Сийтън, Иво Лапе, Рейчъл Безансон, Тим Б. Милър, Хаким Атик, Акос Богдан, Габриел Брамер, Ирина Чемеринска, Сам Е. Кътлър, Пратика Даял, Йошинобу Фудамото, Сейджи Фуджимото, Лукас Дж. Фуртак, Василий Кокорев, Гаурав Хулар, Джоел Леджа, Данило Маркесини, Приямвада Натараджан, Ерика Нелсън, Паскал А. Оиш, Ричард Пан, Кейси Папович, Седона Х. Прайс, Питър ван Докум, Бенджи Уанг, 冰洁王, Джон Р. Уивър, Катрин Е. Уитакър и Ади Зиттрейн, 22 септември 2023 г., Astrophysical Journal Letters.
doi: 10.3847/2041-8213/acf7c5

Центърът за космически полети Маршал на НАСА управлява програмата Чандра. Рентгеновият център Чандра на Смитсонианската астрофизична обсерватория контролира научните операции от Кеймбридж, Масачузетс, и полетите от Бърлингтън, Масачузетс.

Космическият телескоп Джеймс Уеб е водещата световна обсерватория за космическа наука. Уеб ще разкрие мистериите на нашата слънчева система, ще погледне отвъд далечните светове около други звезди и ще изследва мистериозните структури и произхода на нашата вселена и нашето място в нея. WEB е международна програма, ръководена от НАСА и нейните партньори Европейската космическа агенция (ESA).Европейска космическа агенция) и Канадската космическа агенция.