|
Звездный свет и первые черные дыры
|
|
|
|
Новые изображения с космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) впервые показали звездный свет от двух массивных галактик, в которых находятся активно растущие черные дыры — квазары, наблюдаемые менее чем через миллиард лет после Большого взрыва. Новое исследование в журнале Nature показало, что массы черных дыр в миллиард раз больше массы Солнца, а массы галактик-хозяев почти в сто раз больше, что соответствует соотношению, наблюдаемому в более поздней Вселенной. Мощная комбинация телескопа Subaru и JWST проложила новый путь для изучения далекой Вселенной. Существование таких массивных черных дыр в далекой Вселенной поставило перед астрофизиками больше вопросов, чем ответов. Как эти черные дыры могли стать такими большими, когда Вселенная была так молода? Еще больше озадачивает то, что наблюдения в локальной вселенной показывают четкую связь между массой сверхмассивных черных дыр и гораздо более крупными галактиками, в которых они находятся. Галактики и черные дыры имеют совершенно разные размеры, так что же появилось раньше: черные дыры или галактики? Это проблема «курицы или яйца» космического масштаба.
|
|
|
|
Международная группа исследователей под руководством Института физики и математики Вселенной Кавли (Kavli IPMU), исследователь проекта Сюхэн Дин и профессор Джон Сильверман, и Института астрономии и астрофизики Кавли Пекинского университета (PKU-KIAA), научный сотрудник Кавли-астрофизики Масафуса Оноуэ начали отвечать на этот вопрос с помощью JWST, запущенного в декабре 2021 года. Изучение связи между родительскими галактиками и черными дырами в ранней Вселенной позволяет ученым наблюдать за их формированием и видеть, как они связаны друг с другом. Квазары светятся, в то время как их галактики-хозяева тусклые, поэтому исследователям сложно обнаружить тусклый свет галактики в ярком свете квазара, особенно на больших расстояниях. До JWST космический телескоп Хаббла мог обнаруживать родительские галактики светящихся квазаров, когда Вселенной было чуть менее 3 миллиардов лет, но не моложе.
|
|
|
Превосходная чувствительность и сверхчеткие изображения JWST в инфракрасном диапазоне, наконец, позволили исследователям перенести эти исследования в то время, когда впервые сформировались квазары и галактики. Всего через несколько месяцев после того, как JWST начал регулярную работу, команда наблюдала два квазара, HSC J2236+0032 и HSC J2255+0251, с красными смещениями 6,40 и 6,34, когда Вселенной было примерно 860 миллионов лет. Эти два квазара были обнаружены в рамках программы глубокого исследования 8,2-метрового телескопа Subaru на вершине Маунакеа на Гавайях. Относительно низкая светимость этих квазаров сделала их главными объектами для измерения свойств галактики-хозяина, а успешное обнаружение хозяев представляет собой самую раннюю на сегодняшний день эпоху, когда свет звезд был обнаружен в квазаре. Изображения двух квазаров были получены в инфракрасном диапазоне длин волн 3,56 и 1,50 микрон с помощью инструмента JWST NIRCam, и после тщательного моделирования и вычитания бликов от аккрецирующих черных дыр стали видны родительские галактики. Звездная сигнатура галактики-хозяина также была видна в спектре, полученном JWST NIRSPEC для J2236 + 0032, что еще раз подтверждает обнаружение галактики-хозяина.
|
|
|
|
Анализ фотометрии галактики-хозяина показал, что эти две галактики-хозяина квазара массивны, их масса в 130 и 34 миллиарда раз превышает массу Солнца соответственно. Измерение скорости турбулентного газа вблизи квазаров по спектрам NIRSPEC позволяет предположить, что питающие их черные дыры также массивны: их масса в 1,4 и 0,2 миллиарда раз превышает массу Солнца. Отношение массы черной дыры к массе галактики-хозяина аналогично соотношению галактик в недавнем прошлом, что позволяет предположить, что связь между черными дырами и их хозяевами существовала уже через 860 миллионов лет после Большого взрыва. Динг, Сильверман, Оноуэ и их коллеги продолжат это исследование с большей выборкой, используя запланированные наблюдения JWST цикла 1, которые затем будут дополнительно ограничивать модели совместной эволюции черных дыр и их родительских галактик. Команда недавно узнала, что JWST получила дополнительное время в следующем цикле для более подробного изучения родительской галактики J2236+0032.
|
|
|
|
Источник
|
