NASA виявило рекордну надмасивну чорну діру на відстані понад 13 мільярдів світлових років

• Основний показник зростання надмасивної маси Чорна діра – Рентгенівське випромінювання – виявлено в далекій-далекій галактиці.
• Ця галактика, UHZ1, розташована на відстані 13,2 мільярдів світлових років від нас, і її спостерігали, коли вік Всесвіту становив лише 3% свого поточного віку.
• НАСАРентгенівська обсерваторія Чандра і Космічний телескоп Джеймса Вебба Вони об’єднали свої зусилля, щоб зробити це відкриття.
• Це найкращий доказ того, що деякі ранні чорні діри утворилися з масивних хмар газу.

Астрономи виявили найвіддаленішу чорну діру, яку коли-небудь виявляли в рентгенівських променях (у галактиці під назвою UHZ1), використовуючи космічні телескопи Chandra і Webb. Рентгенівське випромінювання є явною ознакою наявності надмасивної чорної діри. Цей результат може пояснити, як утворилися деякі з перших надмасивних чорних дір у Всесвіті. На цих зображеннях показано скупчення галактик Abell 2744 позаду UHZ1 на рентгенівських знімках Чандри та інфрачервоних даних Вебба, а також крупним планом головної галактики чорної діри UHZ1. Джерело: рентген: NASA/CXC/SAO/Ákos Bogdán; Інфрачервоний: NASA/ESA/CSA/STScI; Обробка зображень: NASA/CXC/SAO/L. Фратарі і К. Арканд

Телескопи NASA виявили рекордну чорну діру

Це зображення показує найвіддаленішу чорну діру, яку коли-небудь ідентифікували за допомогою рентгенівських променів, потенційно проливаючи світло на формування найстаріших надмасивних чорних дір у Всесвіті. Відкриття було зроблено за допомогою рентгенівських променів рентгенівської обсерваторії Чандра NASA (показано фіолетовим кольором) та інфрачервоних даних космічного телескопа Джеймса Вебба (показано червоним, зеленим і синім кольором).

Угорські дали і ноти

Надзвичайно віддалена чорна діра в галактиці UHZ1 розташована в напрямку скупчення галактик Abell 2744. Скупчення галактик знаходиться приблизно в 3,5 мільярдах світлових років від Землі. Однак дані Вебба показують, що UHZ1 знаходиться набагато далі, ніж Abell 2744. На відстані приблизно 13,2 мільярдів світлових років UHZ1 можна було побачити, коли вік Всесвіту становив лише 3% від його поточного віку.

Гравітаційне лінзування та рентгенівське детектування

Використовуючи понад два тижні спостережень із Чандри, дослідники змогли виявити рентгенівське випромінювання UHZ1, що вказує на наявність надмасивної чорної діри, що росте в центрі галактики. Сигнал рентгенівського випромінювання настільки слабкий, що Чандра зміг виявити його – навіть за такого тривалого спостереження – лише через явище, відоме як гравітаційне лінзування, яке посилювало сигнал у чотири рази.

Техніка зображення та орієнтування

Фіолетові частини зображення показують рентгенівські промені великої кількості гарячого газу в Abell 2744. На інфрачервоному зображенні видно сотні галактик у скупченні разом із кількома зірками на передньому плані. Вставки збільшено до невеликої області з центром навколо UHZ1. Маленький об’єкт на веб-зображенні – це віддалена галактика UHZ1, а в центрі зображення Chandra показано рентгенівське випромінювання, що надходить від матеріалу, розташованого поблизу надмасивної чорної діри в центрі UHZ1. Великий розмір джерела рентгенівського випромінювання порівняно з інфрачервоним зображенням галактики пояснюється тим, що воно представляє найменший об’єм, який може розділити Чандра. Насправді рентгенівське випромінювання надходить із набагато меншої області галактики.

Різне згладжування було застосовано до зображення Чандри в повному полі та до зображення Чандри великим планом. Згладжування було виконано для багатьох пікселів великого зображення, щоб виділити слабке кластерне випромінювання, за рахунок відсутності показу слабких точкових джерел рентгенівського випромінювання, таких як UHZ1. Набагато менше згладжування було застосовано до зображення крупним планом, тому з’являються слабкі джерела рентгенівського випромінювання. Зображення орієнтоване так, що північ вказує на 42,5 градусів праворуч від вертикалі.

Ілюстрація: важка чорна діра утворилася в результаті прямого колапсу масивної хмари газу. Джерело зображення: NASA/STScI/Leah Hostak

Важливість відкриття

Це відкриття важливо для розуміння того, як деякі надмасивні чорні діри — ті, що містять до мільярдів сонячних мас і знаходяться в центрах галактик — можуть досягати величезних мас так швидко після Великого вибуху. Чи утворюються вони безпосередньо внаслідок колапсу масивних газових хмар, утворюючи чорні діри вагою від десяти до ста тисяч сонць? Або це походить від вибухів перших зірок, які створюють чорні діри з масою лише близько десяти-сотні сонць?

Результати дослідження та теоретичні висновки

Команда астрономів знайшла вагомі докази того, що нещодавно відкрита чорна діра в UHZ1 народилася масивною. Вони оцінюють його масу від 10 до 100 мільйонів сонць, виходячи з яскравості та енергії рентгенівського випромінювання. Цей діапазон мас подібний до діапазону всіх зірок у галактиці, в якій вони живуть, що різко контрастує з чорними дірами в центрах галактик у сусідньому Всесвіті, які зазвичай містять лише приблизно десяту відсотка власної маси. . Зірки господарської галактики.

Велика маса чорної діри в молодому віці, а також кількість рентгенівського випромінювання, яке вона випромінює, і яскравість відкритої Веббом галактики узгоджуються з теоретичними прогнозами 2017 року про «надмасивну чорну діру», яка утворилася безпосередньо з галактика. Колапс величезної хмари газу.

Постійне дослідження та співпраця

Дослідники планують використати ці та інші результати, отримані від Вебба та тих, хто збирає дані з інших телескопів, щоб заповнити ширшу картину раннього Всесвіту.

Стаття з описом результатів з’являється в Астрономія природи. Серед авторів – Акос Богдан (Центр астрофізики | Гарвардський і Смітсонівський університети), Енді Голдінг (Прінстонський університет), Приямвада Натараджан (Єльський університет), Урсоля Ковач (Університет Масарика, Чехія), Грант Трембле (CFA), Урміла Чадаямурі (CfA), Марта Волонтер (Інститут астрофізики Парижа, Франція), Ральф Крафт (CfA), Вільям Фурманн (CfA), Крістін Джонс (CfA), Євген Хоразов (Інститут астрофізики Макса Планка, Німеччина) та Ірина Журавльова (Чиказький університет).

Дані Webb, використані в обох дослідженнях, є частиною опитування під назвою Ultradeep Nirspec і nirCam Observations Before the Era of Reionization (UNCOVER). Стаття, очолювана членом команди UNCOVER Енді Голдінгом, опублікована в Листи астрофізичного журналу. Серед співавторів інші члени команди UNCOVER, а також Богдан і Натараджан. Детальна інтерпретаційна стаття, у якій порівнюються спостережувані властивості UHZ1 з теоретичними моделями масивних галактик з чорною дірою, зараз розглядається, і доступний препринт. тут.

Література:

«Докази походження важких зерен для ранніх надмасивних чорних дір від рентгенівського квазара az ≈ 10» Акос Богдан, Енді Д. Голдінг, Пріямвада Натараджан, Урсулія Е. Ковач, Грант Р. Трембле, Урміла Чадаямурі, Марта Волонтірі , Ральф П. Крафт, Вільям Р. . Форман, Крістін Джонс, Євген Чоразов та Ірина Журавльова, 6 листопада 2023 р. Астрономія природи.
doi: 10.1038/s41550-023-02111-9

«Відкриття: зростання перших масивних чорних дір від JWST/NIRSpec – Спектроскопічне підтвердження червоного зсуву рентгенівського освітленого AGN при z = 10,1» Енді Д. Голдінг і Дженні Е. Грін і Девід Дж. Сітон, Іво Лаппе, Рейчел Безансон, Тім Б. Міллер, Хакім Атік, Акос Богдан, Габріель Браммер, Ірина Чемерінська, Сем Е. Катлер, Пратіка Даял, Йосінобу Фудамото, Сейдзі Фудзімото, Лукас Дж. Фуртак, Василь Кокорев, Гаурав Хуллар, Джоел Леджа, Данило Маркезіні, Пріамвада Натараджан, Еріка Нельсон, Паскаль А. Ойш, Річард Пен, Кейсі Папович, Седона Х. Прайс, Пітер ван Доккум, Бенджі Ван, 冰洁王, Джон Р. Уівер, Кетрін Е. Вітакер і Аді Зіттрейн, 22 вересня 2023 р. Листи астрофізичного журналу.
doi: 10.3847/2041-8213/acf7c5

Центр космічних польотів Маршалла НАСА керує програмою Чандра. Рентгенівський центр Чандра Смітсонівської астрофізичної обсерваторії контролює наукові операції з Кембриджа, штат Массачусетс, і польоти з Берлінгтона, штат Массачусетс.

Космічний телескоп Джеймса Вебба є провідною у світі обсерваторією космічної науки. Вебб розгадає таємниці нашої Сонячної системи, зазирне за межі далеких світів навколо інших зірок і дослідить таємничі структури та походження нашого Всесвіту та наше місце в ньому. WEB — це міжнародна програма, яку очолює NASA разом зі своїми партнерами Європейським космічним агентством (ESA).Європейське космічне агентство) і Канадське космічне агентство.