Pomocí vesmírného teleskopu Jamese Webba astronomové pozorovali dramatický „tanec“ mezi supermasivní černou dírou a dvěma satelitními galaxiemi. Tato pozorování mohou vědcům pomoci lépe porozumět tomu, jak galaxie a supermasivní černé díry rostly v raném vesmíru.
Tato supermasivní černá díra se živí hmotou, která ji obklopuje, a dodává jasný kvasar tak vzdálený, že jej teleskop Jamese Webba vidí tak, jak tomu bylo méně než miliardu let po velkém třesku. Kvazar, nazvaný PJ308-21, se nachází v aktivním galaktickém jádru (AGN) v galaxii v procesu slučování se dvěma masivními satelitními galaxiemi.
Nejenže tým určil, že černá díra má hmotnost ekvivalentní dvěma miliardám sluncí, ale také zjistili, že jak kvasar, tak galaxie zapojené do tohoto sloučení jsou vysoce vyvinuté, což je překvapení vzhledem k tomu, že existovaly v době 13,8 let- starý vesmír byl jen nemluvně.
Sloučení těchto tří galaxií pravděpodobně dodá obrovské množství plynu a prachu do supermasivní černé díry, což usnadní její růst a umožní jí pokračovat v napájení PJ308-21.
Příbuzný: Vesmírný teleskop Jamese Webba detekuje „extrémně červenou“ supermasivní černou díru rostoucí v raném vesmíru
„Naše studie odhaluje, že obě černé díry jsou ve středu vysokého rudého posuvu.“ [early and distant] „Kvasary a galaxie, které je hostí, procházejí velmi efektivním a turbulentním růstem již v první miliardě let historie vesmíru, k čemuž mu napomáhá bohaté galaktické prostředí, ve kterém se tyto zdroje tvoří,“ říká vedoucí týmu Roberto DeCarli, výzkumník z italského Národního institutu. astrofyziky (INAF). Řekl to v prohlášení.
Data byla shromážděna v září 2022 přístrojem Near-Infrared Spectrometer (NIRSpec) JWST v rámci programu 1554, jehož cílem je sledovat sloučení mezi galaxií hostující PJ308-21 a dvěma jejími měsíčními galaxiemi.
DeCarli dodal, že práce představovala skutečnou „emocionální cestu“ pro tým, který vyvinul inovativní řešení k překonání počátečních obtíží při redukci dat a produkoval snímky s méně než 1% nejistotou na pixel.
Kvazary se rodí, když obrovské množství plynu a prachu obklopuje supermasivní černé díry, milionkrát nebo miliardkrát větší než hmotnost Slunce, které leží v srdci galaxií. Tento materiál tvoří plochý mrak zvaný akreční disk, který obíhá černou díru a postupně ji vyživuje.
Obrovské gravitační síly černé díry generují v tomto akrečním disku mocné slapové síly a zvyšují teplotu plynu a prachu na 120 000 stupňů Fahrenheita (67 000 stupňů Celsia). To způsobí, že světlo z akrečního disku emituje napříč elektromagnetickým spektrem. Tato emise je často jasnější než kombinované světlo každé hvězdy v okolní galaxii, díky čemuž jsou kvasary jako PJ308-21 jedny z nejjasnějších objektů ve vesmíru.
Zatímco černé díry nemají vlastnosti, které by mohly být použity k určení jejich vývoje, jejich akreční disky (a tedy kvasary) ano. Ve skutečnosti lze stáří galaxií „odhadnout“ stejným způsobem.
Raný vesmír byl plný vodíku, nejlehčího a nejjednoduššího prvku, a malého množství helia. To vytvořilo základ pro první hvězdy a galaxie, ale během života těchto hvězdných těles vytvořily prvky těžší než vodík a helium, které astronomové nazývají „kovy“.
Když tyto hvězdy ukončily svůj život při masivních explozích supernov, tyto kovy se rozšířily po jejich galaxiích a staly se stavebními kameny pro další generaci hvězd. Tento proces způsobil, že hvězdy a prostřednictvím nich galaxie se postupně staly „bohatými na kovy“.
Tým zjistil, že stejně jako většina aktivních galaktických jader je aktivní jádro PJ308-21 bohaté na kovy a že plyn a prach, které ho obklopují, prochází procesem „fotoionizace“. Jedná se o proces, při kterém částice světla, nazývané fotony, poskytují energii, kterou elektrony potřebují k úniku z atomů a vytvářejí elektricky nabité ionty.
Jedna z galaxií splývajících s hostitelskou galaxií PJ308-21 je také bohatá na kovy a její hmota je také částečně fotoionizována elektromagnetickým zářením z kvasaru.
K fotoionizaci dochází také ve druhé měsíční galaxii, ale v tomto případě je způsobena záchvatem rychlé tvorby hvězd. Tato druhá galaxie se také liší od první galaxie a aktivní galaxie v tom, že se zdá být chudá na kov.
„Díky NIRSpec můžeme poprvé studovat optickou doménu, která je bohatá na drahocenná diagnostická data o vlastnostech plynu v blízkosti černé díry v galaxii hostící kvasar a v okolních galaxiích,“ řekl člen týmu a astrofyzik Národní institut astrofyziky Federica Loiacono. „Můžeme vidět například emisi atomů vodíku a porovnat ji s emisí chemických prvků produkovaných hvězdami, abychom určili, jak je plyn bohatý na kovy.“
Přestože se světlo z tohoto kvasaru z raného vesmíru objevuje v širokém rozsahu elektromagnetického spektra, včetně optického světla a rentgenového záření, jediný způsob, jak jej pozorovat, je infračervené.
Je to proto, že světlo, které cestovalo více než 12 miliard let, než dosáhlo dalekohledu Jamese Webba, mělo své vlnové délky dramaticky „protažené“. To „posune“ světlo směrem k „červenému konci“ elektromagnetického spektra, což je jev, který astronomové nazývají „červený posuv“, symbolizovaný písmenem „z“.
Teleskop Jamese Webba má díky své citlivosti na infračervené světlo výjimečnou schopnost vidět objekty a události s „vysokým červeným posuvem“ nebo „vysokým červeným posuvem“, jako je PJ308-21.
Loiacono na závěr řekl: „Díky citlivosti dalekohledu Jamese Webba v blízké a střední infračervené oblasti je možné studovat spektrum kvasarů a doprovodných galaxií s nebývalou přesností ve vzdáleném vesmíru vynikajícím „pohledem“, který poskytuje teleskop Jamese Webba“.
Výzkum týmu byl přijat k publikaci v červnu 2024 v časopise Astronomie a astrofyzika.
„Unapologetický analytik. Rozzuřeně skromný kávový evangelista. Hráč. Nelze psát s boxerskými rukavicemi. Student. Podnikatel.“
You may also like
-
Kompenzace spánku o víkendech může snížit riziko srdečních onemocnění o pětinu – studie | Srdeční onemocnění
-
Cesta miliardáře do vesmíru je „riskantní“
-
V lasvegaské krajské věznici byl hlášen případ planých neštovic
-
Nejvýkonnější dalekohled na Zemi zachycuje snímky černých děr v nebývalých detailech
-
Havárie asteroidu NASA Dart opravdu pokazila jeho vesmírný skalní cíl