Was ist mit all den supermassiven Schwarzen Löchern passiert? Astronomen waren von Webbs Daten überrascht

James Webb-Weltraumteleskop Umfrage enthüllt weniger supermassereiche Schwarze Löcher als angenommen

Eine Untersuchung eines Teils des Universums durch die University of Kansas mit dem James-Webb-Weltraumteleskop hat aktive galaktische Kerne – supermassereiche Schwarze Löcher, deren Größe schnell zunimmt – entdeckt, die seltener sind, als viele Astronomen bisher angenommen haben.

Die Ergebnisse des JWST-Instruments für mittleres Infrarot (MIRI) deuten darauf hin, dass unser Universum möglicherweise etwas stabiler ist als bisher angenommen. Die Arbeit bietet auch Einblicke in Beobachtungen schwacher Galaxien, ihre Eigenschaften und Herausforderungen bei der Identifizierung von AGN.

Studiendetails

Ein neues Papier, das die JWST-Forschung detailliert beschreibt, die unter der Schirmherrschaft des Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS)-Programms durchgeführt wurde, wurde kürzlich unter veröffentlicht arXiv Bevor das formelle Peer-Review veröffentlicht wird Die Astrophysikalisches Journal.

Die von Allison Kirkpatrick, Assistenzprofessorin für Physik und Astronomie an der KU, geleitete Arbeit konzentrierte sich auf eine seit langem erforschte Region des Universums namens Groths erweiterter Balken, die zwischen den Sternbildern Ursa Major und Bootes liegt. Bisherige Untersuchungen der Region stützten sich jedoch auf eine leistungsschwächere Generation von Weltraumteleskopen.

„Unsere Beobachtungen wurden im vergangenen Juni und Dezember gemacht und unser Ziel war es, zu beschreiben, wie Galaxien während des Höhepunkts der Sternentstehung im Universum aussehen“, sagte Kirkpatrick. „Dies ist ein Blick zurück in die Zeit von 7 bis 10 Milliarden Jahren in die Vergangenheit. Wir haben das Mittelinfrarot-Instrument des James Webb-Weltraumteleskops verwendet, um Staub in Galaxien zu untersuchen, die vor 10 Milliarden Jahren existierten, und dieser Staub konnte ihn verdecken.“ Der Entstehungsprozess persistenter Sterne, und er kann wachsende supermassereiche Schwarze Löcher verbergen. Deshalb habe ich die erste Untersuchung durchgeführt, um nach diesen supermassereichen Schwarzen Löchern zu suchen, die in den Zentren dieser Galaxien lauern.

Wir zeigen MIRI, das auf 1 zeigt (rechtes Feld), zusammen mit Spitzer/IRAC- (Mitte) und MIPS-Beobachtungen (links).
Selbe Gegend. Blenden zeigen die Position der erkannten Quellen in jedem Bild an (nur MIRI-Region). Für MIPS (IRAC)
Auf dem Foto sind die Löcher 6 Zoll (2 Zoll) groß, was der Strahlgröße des Geräts entspricht. Im IRAC-Bild entspricht Blau dem Kanal
1 (3,6 µm), Grün entspricht Kanal 2 (4,5 µm) und Rot entspricht Kanal 3 (5,8 µm). Im MIRI-Bild ist der 770-W-Filter blau, der F1000W grün und der F1280W rot. Bildnachweis: Kirkpatrick et al., arXiv:2308.09750

Ergebnisse und Implikationen

Während jede Galaxie durch das Vorhandensein enormer Masse gekennzeichnet ist schwarzes Loch In der Mitte befinden sich aufregendere aktive Kerne, bei denen es sich um aufregendere Störungen handelt, die Gas anziehen und eine Leuchtkraft aufweisen, die typischen Schwarzen Löchern fehlt.

Kirkpatrick und viele andere Astrophysiker erwarteten, dass die vom James Webb-Weltraumteleskop durchgeführte hochauflösende Durchmusterung die Standorte von viel mehr aktiven aktiven Galaxien identifizieren würde als die vorherige Durchmusterung mit dem Spitzer-Weltraumteleskop. Trotz der Leistungs- und Empfindlichkeitssteigerung von MIRI wurden in der neuen Umfrage jedoch einige zusätzliche AGNs gefunden.

„Die Ergebnisse sahen ganz anders aus, als ich erwartet hatte, was zu meiner ersten großen Überraschung führte“, sagte Kirkpatrick. „Eine wichtige Entdeckung war die Seltenheit schnell wachsender supermassereicher Schwarzer Löcher. Diese Entdeckung warf die Frage auf, wo diese Dinge existieren. Wie sich herausstellte, wachsen diese Schwarzen Löcher wahrscheinlich langsamer als bisher angenommen, was angesichts dieser Tatsache interessant ist.“ Die Galaxien, die sie untersucht haben. Es ist wie unsere Galaxie. Milchstraße aus der Vergangenheit. Frühere Beobachtungen mit Spitzer haben es uns ermöglicht, hellere, massereichere Galaxien zu untersuchen, die schnell wachsende supermassereiche Schwarze Löcher enthalten, wodurch sie leichter zu erkennen sind.

Kirkpatrick sagte, ein wichtiges Rätsel in der Astronomie bestehe darin, zu verstehen, wie typische supermassereiche Schwarze Löcher, wie sie in Galaxien wie der Milchstraße vorkommen, wachsen und ihre Muttergalaxie beeinflussen.

Sie sagte: „Die Ergebnisse der Studie deuten darauf hin, dass diese Schwarzen Löcher nicht schnell wachsen, nur begrenzte Materie absorbieren und ihre Wirtsgalaxien möglicherweise nicht wesentlich beeinflussen.“ „Diese Entdeckung eröffnet eine völlig neue Perspektive auf das Wachstum von Schwarzen Löchern, da unser derzeitiges Verständnis größtenteils auf den massereichsten Schwarzen Löchern in den größten Galaxien basiert, die große Auswirkungen auf ihre Wirte haben, kleinere Schwarze Löcher in diesen Galaxien jedoch wahrscheinlich einen haben.“ eine erhebliche Auswirkung.“ NEIN.“

Ingenieure arbeiteten akribisch daran, am 29. April 2013 das Mittelinfrarot-Instrument des James Webb-Weltraumteleskops am ISIM (Integrated Science Instrument Module) in einem Reinraum im Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland, zu implantieren. Als Nachfolger des Hubble-Weltraumteleskops der NASA , es wird Das Webb-Teleskop ist das leistungsstärkste Weltraumteleskop, das jemals gebaut wurde. Es wird die am weitesten entfernten Objekte im Universum beobachten, Bilder der ersten entstehenden Galaxien liefern und unerforschte Planeten beobachten, die entfernte Sterne umkreisen.

Der Astronom der Universität Kuwait sagte, dass ein weiteres überraschendes Ergebnis die Abwesenheit von Staub in diesen Galaxien sei.

„Mit dem James-Webb-Weltraumteleskop können wir viel kleinere Galaxien als je zuvor identifizieren, einschließlich solcher von der Größe der Milchstraße oder noch kleiner, was bei diesen Rotverschiebungen (kosmischen Entfernungen) bisher unmöglich war“, sagte Kirkpatrick. „Normalerweise haben die massereichsten Galaxien aufgrund ihrer schnellen Sternentstehungsraten reichlich Staub. Ich hatte angenommen, dass Galaxien mit geringerer Masse auch große Mengen an Staub enthalten würden, aber das war nicht der Fall, was meine Erwartungen in Frage stellt und eine weitere interessante Entdeckung liefert.“

Laut Kirkpatrick verändert diese Arbeit das Verständnis darüber, wie Galaxien wachsen, insbesondere im Hinblick auf die Milchstraße.

„Unser Schwarzes Loch scheint recht ruhig zu sein und zeigt nicht viel Aktivität“, sagte sie. „Eine wichtige Frage in Bezug auf die Milchstraße ist, ob sie aktiv ist oder eine AGN-Phase durchlaufen hat. Wenn den meisten Galaxien, wie unserer, nachweisbare aktive galaktische Kerne fehlen, könnte das bedeuten, dass unser Schwarzes Loch in der Vergangenheit nicht aktiver war.“ Letztendlich wird dieses Wissen dazu beitragen, die Massen von Schwarzen Löchern einzuschränken und zu messen und Aufschluss über die Ursprünge des Wachstums von Schwarzen Löchern zu geben, was nach wie vor eine unbeantwortete Frage ist.

Referenz: „7. großes CEERS-Papier: JWST/MIRI enthüllt schwache Galaxienpopulation im kosmischen Mittag, unsichtbar für Spitzer“ von Alison Kirkpatrick, Guang Yang, Aurélien Le Bell, Greg Troiani, Eric F. Bell, Nico J. Cleary, David Elbaz, Stephen L. Finkelstein, Nimesh B. Hathi, Michaela Hirschman, Ben W. Holwerda, Dale D. Koszewski, Ray A. Lucas, Jed McKinney, Casey Papovich, Pablo J. Perez Gonzalez, Alexander de la Vega, Michaela B. Bagley, Emanuel Duddy, Mark Dickinson, Henry C. Ferguson, Adriano Fontana, Andrea Grazian, Norman A. Grojin, Pablo Arrabal Haro, Jehan S. Kartaltepe, Lisa J. Kelly, Anton M. Kokemuir, Jennifer M. Lutz, Laura Pinterici, Noor Pierzkal, Swara Ravindranath, Rachel S. Somerville, Jonathan R. Trump, Stephen M. Wilkins, L.E. Aaron Young, Oberstleutnant, Astrophysikalisches Journal.
arXiv:2308.09750

Kirkpatrick sicherte sich kürzlich bei JWST viel Zeit, um mithilfe von MIRI eine größere Untersuchung des Extended-Groth-Strip-Feldes durchzuführen. Ihre aktuelle Arbeit umfasste etwa 400 Galaxien. Die bevorstehende Durchmusterung (MEGA: MIRI EGS Galaxy and AGN Survey) wird etwa 5.000 Galaxien umfassen. Die Arbeiten sollen im Januar 2024 abgeschlossen sein.