Вебб виявив найвіддаленіше і найдавніше злиття чорних дір

0
2 942 views
Вебб виявив найвіддаленіше і найдавніше злиття чорних дір
На цьому зображенні показано оточення галактичної системи ZS7 з програми JWST PRIMER (PI: J. Dunlop), як його бачить інструмент NIRCam Вебба. Нові дослідження з використанням інструменту NIRSpec на космічному телескопі NASA/ESA/CSA Джеймса Вебба показали, що ця система є свідченням злиття двох галактик та їхніх масивних чорних дір, коли Всесвіту було лише 740 мільйонів років. Це найвіддаленіше виявлення злиття чорних дір за всю історію спостережень і перший випадок, коли це явище було виявлено на такій ранній стадії розвитку Всесвіту. Команда знайшла докази дуже щільного газу з швидкими рухами поблизу чорної діри, а також гарячого і високоіонізованого газу, освітленого енергійним випромінюванням, яке зазвичай виробляється чорними дірами в епізодах їхньої акреції. Вебб також дозволив команді просторово розділити дві чорні діри і визначити, що одна з двох чорних дір має масу, яка в 50 мільйонів разів перевищує масу Сонця. Маса іншої чорної діри, ймовірно, подібна, хоча її важче виміряти, оскільки ця друга чорна діра похована в щільному газі.

Міжнародна команда астрономів використала космічний телескоп Джеймса Вебба для пошуку доказів злиття двох галактик та їхніх масивних чорних дір, коли Всесвіту було лише 740 мільйонів років. Це найвіддаленіше виявлення злиття чорних дір, яке коли-небудь було отримано, і перший випадок, коли це явище було виявлено на такій ранній стадії розвитку Всесвіту.

Астрономи виявили надмасивні чорні діри, маса яких у мільйони й мільярди разів перевищує масу Сонця, у більшості масивних галактик локального Всесвіту, в тому числі в нашій галактиці Чумацький Шлях. Ці чорні діри, ймовірно, мали значний вплив на еволюцію галактик, в яких вони знаходяться. Однак вчені досі не до кінця розуміють, як ці об’єкти виросли і стали такими масивними. Виявлення гігантських чорних дір, які вже існували в перший мільярд років після Великого вибуху, вказує на те, що таке зростання мало відбуватися дуже швидко і дуже рано. Зараз космічний телескоп Джеймса Вебба проливає нове світло на зростання чорних дір у ранньому Всесвіті.

Система ZS7

Нові спостереження Вебба надали докази злиття двох галактик та їхніх масивних чорних дір, коли Всесвіту було лише 740 мільйонів років. Система відома як ZS7.

Масивні чорні діри, які активно акреціюють матерію, мають характерні спектрографічні особливості, які дозволяють астрономам їх ідентифікувати. Для дуже далеких галактик, як ті, що розглядаються в цьому дослідженні, ці підписи недоступні з Землі, і їх можна побачити лише за допомогою Вебба.

“Ми знайшли докази дуже щільного газу з швидкими рухами поблизу чорної діри, а також гарячого і високоіонізованого газу, освітленого енергійним випромінюванням, яке зазвичай виробляється чорними дірами в епізодах їхньої акреції, – пояснила провідний автор дослідження Ханна Ублер з Кембриджського університету у Великій Британії. – Завдяки безпрецедентній чіткості своїх зображувальних можливостей, Вебб також дозволив нашій команді просторово розділити дві чорні діри”.

Команда виявила, що одна з двох чорних дір має масу, яка в 50 мільйонів разів перевищує масу Сонця.

“Маса іншої чорної діри, ймовірно, схожа, хоча її набагато важче виміряти, оскільки ця друга чорна діра похована в щільному газі”, – пояснив член команди Роберто Майоліно з Кембриджського університету та Університетського коледжу Лондона у Великій Британії.

Злиття чорних дір

“Наші результати свідчать про те, що злиття є важливим шляхом, завдяки якому чорні діри можуть швидко зростати, навіть на космічному світанку, – пояснив Юблер. – Разом з іншими знахідками Вебба про активні масивні чорні діри у далекому Всесвіті, наші результати також показують, що масивні чорні діри формували еволюцію галактик з самого початку”.

“Зоряна маса досліджуваної нами системи подібна до маси нашої сусідки – Великої Магелланової Хмари, – поділився член команди Пабло Г. Перес-Гонсалес з Центру астробіології (CAB), CSIC/INTA, в Іспанії. – Ми можемо спробувати уявити, як еволюція галактик, що зливаються, могла б змінитися, якби в кожній галактиці була одна надмасивна чорна діра, така ж велика або більша, ніж та, яку ми маємо в Чумацькому Шляху”.

ZS7 location in PRIMER image (NIRcam image)
На цьому зображенні показано розташування галактичної системи ZS7 з програми JWST PRIMER (PI: J. Dunlop). Нові дослідження з використанням інструменту NIRSpec на космічному телескопі NASA/ESA/CSA Джеймса Вебба показали, що ця система є свідченням злиття двох галактик та їхніх масивних чорних дір, коли Всесвіту було лише 740 мільйонів років. Це найвіддаленіше виявлення злиття чорних дір, яке коли-небудь було отримано, і перший випадок, коли це явище було виявлено так рано у Всесвіті. Команда знайшла докази дуже щільного газу з швидкими рухами поблизу чорної діри, а також гарячого і високоіонізованого газу, освітленого енергійним випромінюванням, яке зазвичай виробляється чорними дірами в епізодах їх акреції. Вебб також дозволив команді просторово розділити дві чорні діри і визначити, що одна з двох чорних дір має масу, яка в 50 мільйонів разів перевищує масу Сонця. Маса іншої чорної діри, ймовірно, подібна, хоча її важче виміряти, оскільки ця друга чорна діра похована в щільному газі. На цьому зображенні Webb NIRCam викиди іонізованого водню (Hβ) в системі ZS7 позначені помаранчевою областю, а викиди подвійно іонізованого кисню (OIII) видно темно-червоним кольором (праве зображення).

Дослідження гравітаційних хвиль

Команда також зазначає, що коли дві чорні діри зіллються, вони також генеруватимуть гравітаційні хвилі. Такі події можна буде виявити за допомогою наступного покоління обсерваторій гравітаційних хвиль, таких як майбутня місія космічної антени лазерного інтерферометра (LISA), яка нещодавно була схвалена Європейським космічним агентством і стане першою космічною обсерваторією, призначеною для вивчення гравітаційних хвиль.

“Результати Вебба свідчать про те, що легші системи, які можна виявити за допомогою LISA, мають зустрічатися набагато частіше, ніж передбачалося раніше, – поділилася провідний науковий співробітник проекту LISA Нора Лютцгендорф з Європейського космічного агентства в Нідерландах. – Це, швидше за все, змусить нас скоригувати наші моделі для швидкості LISA в цьому діапазоні мас. Це лише верхівка айсберга”.

Це відкриття було зроблено в результаті спостережень, проведених в рамках програми “Галактична асамблея з інтегральною польовою спектроскопією NIRSpec”. Нещодавно команда отримала нову велику програму в рамках 3-го циклу спостережень Вебба для детального вивчення взаємозв’язку між масивними чорними дірами та їхніми галактиками-господарями впродовж першого мільярда років.

Важливим компонентом цієї програми буде систематичний пошук і опис злиття чорних дір. Ці зусилля дозволять визначити швидкість, з якою відбувається злиття чорних дір у ранні космічні епохи, а також оцінити роль злиття у ранньому зростанні чорних дір і швидкість, з якою генеруються гравітаційні хвилі від початку часів.