Webb odkrywa małą, potężną czarną dziurę we wczesnym wszechświecie

Nowo odkryta czarna dziura znajduje się w superjasnej galaktyce GN-z11 przy przesunięciu ku czerwieni 11 i mogła pochodzić z ziarna gromady gwiazd przy przesunięciach ku czerwieni od 12 do 15.

Niezwykle jasna galaktyka gwiazdotwórcza GN-z11 zawiera akrecyjną czarną dziurę. Zdjęcie: NASA/ESA/P. Oesch, Uniwersytet Yale/G. Brammer, STScI/P.van Dokkum, Uniwersytet Yale/G. Illingworth, Uniwersytet Kalifornijski, Santa Cruz/Sci.News.

GN-z11 to młoda, ale średniomasywna galaktyka znajdująca się w gwiazdozbiorze Wielkiej Niedźwiedzicy.

Szacuje się, że galaktyka ta, odkryta po raz pierwszy w 2016 roku, pochodzi z czasów, gdy Wszechświat miał zaledwie 420 milionów lat, czyli 3% obecnego wieku.

GN-z11 jest około 25 razy mniejsza niż nasza Droga Mleczna i zawiera tylko 1% masy naszej galaktyki w gwiazdach.

Co ciekawe, zdaniem L Nowe badanieW galaktyce znajduje się czarna dziura o masie około 1,6 miliona mas Słońca.

University of Cambridge powiedział: „Zaproponowano wiele teorii opisujących powstawanie nasion czarnych dziur we wczesnym wszechświecie i wyjaśniających pojawienie się bardzo masywnych czarnych dziur, które już istniały przy przesunięciu ku czerwieni z = 6-7,5”. Profesor Roberto Maiolino i koledzy.

„Czarne dziury powstałe w wyniku bezpośredniego zapadnięcia się pierwotnych obłoków (które mogło być poprzedzone powstaniem masywnej gwiazdy) w nasiona o masach w zakresie od 10 000 do miliona mas Słońca – tak zwane czarne dziury zapadające się bezpośrednio – są jeden z często przywoływanych modeli”.

„Jednak inne modele uwzględniają również szybką koalescencję gwiazd i czarnych dziur w gęste jądrowe gromady gwiazd, a także gromadzenie się w nasionach czarnych dziur grupy III lub nawet normalnych gwiezdnych pozostałości”.

„Nagromadzenie Super Eddingtona Rozważano również taką możliwość”.

Jednak żaden z tych scenariuszy nie został jeszcze odpowiednio przetestowany, ponieważ wymagają one obserwacji czarnych dziur przy wyższych przesunięciach ku czerwieni (z > 10) i mniejszych masach (<10 milionów mas Słońca), co nie było możliwe aż do pojawienia się Teleskopu Jamesa. Sieć satelitarna NASA/ESA/CSA".

W swoich badaniach profesor Maiolino i współautorzy przeprowadzili kompleksową analizę widma GN-z11.

Galaktyka ta, początkowo wykryta przez Hubble’a, jest najjaśniejszą galaktyką z przesunięciem ku czerwieni większym niż 10 we wszystkich polach Hubble’a (włączając całość Pola świec I Frontier Fields)” – powiedzieli.

„Będąc trzy razy jaśniejsza niż charakterystyczna jasność galaktyk przy z=7, gdyby była wspierana głównie przez formowanie się gwiazd, implikowana gęstość jasnych galaktyk byłaby trudna do pogodzenia z wieloma modelami formowania się galaktyk”.

Astronomowie przeanalizowali dane spektralne uzyskane za pomocą Spektrometr bliskiej podczerwieni Webba (NIRSpec) jako część skanuj jadeity.

Analiza obrazów NIRCam ujawniła, że ​​galaktyka jest przez nią kontrolowana aktywne jądro galaktyczne (AGN).

„Cechy widmowe GN-z11 wskazują, że oprócz formowania się gwiazd, w galaktyce znajduje się również akrecyjna czarna dziura” – stwierdzili autorzy.

„Nie wykluczamy udziału ekstremalnych gromad gwiazd, jednak same gwiazdy Wolfa-Rayeta nie mogą wyjaśnić wielu cech widmowych”.

„GN-z11 to pierwsze ekstremalnie jasne galaktyki o wysokim przesunięciu ku czerwieni, które zostały potwierdzone przez spektroskopię” – dodali.

„Scenariusz AGN ujawniony w naszej analizie stanowi naturalne wyjaśnienie niezwykłej fluorescencji GN-z11”.

„Jeśli reprezentuje to szerszą klasę jasnych galaktyk wykrytych przez Webba przy wysokich przesunięciach ku czerwieni, znacznie złagodziłoby to napięcia w modelach i symulacjach i może wskazywać na silniejszą rolę AGN w Reionizacja wszechświata. „

_____

Roberto Maiolino i in. 2023. Mała, potężna czarna dziura we wczesnym wszechświecie. ar Xiv: 2305.12492