_ „Bebe quasars” : Telescopul spațial James Webb observă mici giganți în trecutul profund

Telescopul spațial James Webb a făcut una dintre cele mai neașteptate descoperiri în primul său an de funcționare: un număr mare de puncte roșii slabe în depărtare Universul ar putea schimba modul în care înțelegem geneza găurilor negre supermasive.

Cercetarea, condusă de Jorryt Matthee, profesor asistent în astrofizică la Institutul de Știință și Tehnologie din Austria (ISTA), este acum publicată în The Jurnal astrofizic.

O grămadă de puncte roșii găsite într-o regiune minusculă a cerului nostru nocturn ar putea fi într-adevăr o descoperire neașteptată pentru telescopul spațial James Webb (JWST) în timpul primului său an de funcționare. Aceste obiecte nu se distingeau de galaxiile normale prin „ochii” telescopului spațial Hubble mai vechi.

„Fără să fi fost dezvoltat în acest scop specific, JWST ne-a ajutat să determinăm acele puncte roșii slabe – găsite foarte departe în trecutul îndepărtat al universului - sunt versiuni mici ale găurilor negre extrem de masive. Aceste obiecte speciale ar putea schimba modul în care gândim despre geneza găurilor negre", spune Matthee, profesor asistent la Institutul de Știință și Tehnologie din Austria (ISTA). ), și autorul principal al studiului.

„Descoperirile prezente ne-ar putea aduce cu un pas mai aproape de a răspunde uneia dintre cele mai mari dileme din astronomie: conform modelelor actuale, unele găuri negre supermasive din universul timpuriu pur și simplu au crescut „prea repede”. Atunci, cum s-au format?”

Oamenii de știință au considerat de mult găurile negre o curiozitate matematică, până când existența lor a devenit din ce în ce mai evidentă. Aceste gropi cosmice ciudate fără fund ar putea avea mase atât de compacte și gravitații puternice încât nimic nu poate scăpa de forța lor de atracție; aspiră orice, inclusiv praf cosmic, planete și stele și deformează spațiul și timpul din jurul lor astfel încât nici măcar lumina nu poate scăpa.

Teoria generală a relativității, publicată de Albert Einstein cu peste un secol în urmă , a prezis că găurile negre ar putea avea orice masă. Unele dintre cele mai interesante găuri negre sunt găurile negre supermasive (SMBH), care ar putea atinge masa de milioane până la miliarde de ori mai mare decât masa soarelui. Astrofizicienii sunt de acord că există un SMBH în centrul aproape fiecarei galaxii mari. Dovada că Săgetătorul A* este un SMBH în centrul galaxiei noastre, cu masa de peste patru milioane de ori mai mare a Soarelui, a câștigat Premiul Nobel pentru Fizică 2020.

Cu toate acestea, nu toate SMBH-urile sunt la fel. În timp ce Săgetătorul A* ar putea fi comparat cu un vulcan adormit, unele SMBH cresc extrem de rapid prin înghițirea unor cantități astronomice de materie. Astfel, ele devin atât de luminoase încât pot fi observate până la marginea universului în continuă expansiune. Aceste SMBH sunt numite quasari și sunt printre cele mai strălucitoare obiecte din univers.

„O problemă cu quasari este că unii dintre ei par a fi prea masivi, prea masivi, având în vedere vârsta universului la care se observă quasari. Le numim „quasari problematici”, spune Matthee.

„Dacă ne gândim că quasarii provin din exploziile stelelor masive – și că știm rata lor maximă de creștere din legile generale. de fizică, unii dintre ei par că au crescut mai repede decât este posibil. Este ca și cum ai privi un copil de cinci ani care are doi metri înălțime. Ceva nu se adună", explică el.

Ar putea SMBH-urile să crească și mai repede decât am crezut inițial? Sau se formează diferit?

Acum, Matthee și colegii săi identifică o populație de obiecte care apar ca mici puncte roșii în imaginile JWST. De asemenea, ei demonstrează că aceste obiecte sunt SMBH-uri, dar nu prea masive.

Detecția liniilor spectrale de emisie Hα cu profiluri de linii largi a fost esențială în determinarea faptului că aceste obiecte sunt SMBH. Liniile Hα sunt linii spectrale din regiunea de culoare roșie adâncă a luminii vizibile care sunt emise atunci când atomii de hidrogen sunt încălziți. Lățimea spectrelor urmărește mișcarea gazului.

„Cu cât baza liniilor Hα este mai largă, cu atât viteza gazului este mai mare. Astfel, aceste spectre ne spun că ne uităm la un gaz foarte mic. nor care se mișcă extrem de rapid și orbitează ceva foarte masiv ca un SMBH”, spune Matthee.

Cu toate acestea, punctele roșii nu sunt monștrii cosmici gigantici găsiți în SMBH-urile prea masive.

„În timp ce „quasarii problematici” sunt albaștri, extrem de strălucitori și ating de miliarde de ori masa soarelui, punctele mici roșii sunt mai degrabă ca „bebe quasari”. Masele lor se situează între zece și o sută de milioane de mase solare. De asemenea, par roșii pentru că sunt prăfuite. Praful ascunde găurile negre și înroșește culorile", spune Matthee.

Dar în cele din urmă, scurgerea de gazele din găurile negre vor perfora coconul de praf, iar giganții vor evolua din aceste puncte roșii. Astfel, astrofizicianul ISTA și echipa sa sugerează că punctele mici roșii sunt versiuni mici, roșii, ale SMBH-urilor albastre gigantice în faza care precede quasarii problematici.

„Studiarea versiunilor pentru copii ale SMBH-urilor prea masive în mai multe detaliile ne vor permite să înțelegem mai bine cum apar quasarii problematici”, explică Matthee.

Matthee și echipa sa au reușit să găsească bebelușii quasari datorită setului de date achiziționate de EIGER (Emission-line galaxies and Intergalactic Gas in the Epoch of Reionization) și colaborări FRESCO (First Reionization Epoch Spectroscopically Complete Observations). Acestea sunt un program JWST mare și mediu în care Matthee a fost implicat. În decembrie anul trecut, revista Physics World a enumerat EIGER printre primele 10 descoperiri ale anului pentru 2023.

„EIGER a fost conceput pentru a studia special rarii quasari supermasivi albaștri și mediile lor. Nu a fost conceput pentru a găsi micii puncte roșii. Dar le-am găsit întâmplător în același set de date. Acest lucru se datorează faptului că, prin utilizarea camerei JWST Near Infrared, EIGER dobândește spectre de emisie ale tuturor obiectelor din univers", spune Matthee. „Dacă ridici degetul arătător și întinzi complet brațul, regiunea cerului nocturn pe care am explorat-o corespunde cu aproximativ o douăzecime din suprafața unghiei tale. Până acum, probabil că am zgâriat doar suprafața.”

Matthee este încrezătoare că studiul de față va deschide multe căi și va ajuta să răspundă la unele dintre marile întrebări despre univers.

„Găurile negre și SMBH-urile sunt posibil cele mai interesante lucruri din univers. Este greu pentru a explica de ce sunt acolo, dar sunt acolo. Sperăm că această lucrare ne va ajuta să ridicăm unul dintre cele mai mari văluri de mister despre univers", conchide el.

(Fluierul)