Apa yang terjadi dengan semua lubang hitam supermasif? Para astronom terkejut dengan data Webb

Teleskop Luar Angkasa James Webb Survei mengungkapkan jumlah lubang hitam supermasif lebih sedikit dari perkiraan

Survei Universitas Kansas terhadap petak alam semesta menggunakan Teleskop Luar Angkasa James Webb telah mengungkapkan inti galaksi aktif – lubang hitam supermasif yang ukurannya bertambah dengan cepat – lebih jarang dari perkiraan banyak astronom sebelumnya.

Hasilnya, dari instrumen inframerah tengah (MIRI) JWST, menunjukkan bahwa alam semesta kita mungkin sedikit lebih stabil dari perkiraan sebelumnya. Penelitian ini juga memberikan wawasan tentang pengamatan galaksi redup, sifat-sifatnya, dan tantangan dalam mengidentifikasi AGN.

Detail studi

Sebuah makalah baru yang merinci penelitian JWST, yang dilakukan di bawah naungan program Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS), baru-baru ini tersedia di arXiv Sebelum tinjauan sejawat formal dipublikasikan di itu Jurnal Astrofisika.

Pekerjaan tersebut, yang dipimpin oleh Allison Kirkpatrick, asisten profesor fisika dan astronomi di KU, berfokus pada wilayah alam semesta yang telah lama dipelajari yang disebut batang panjang Groth, yang terletak di antara konstelasi Ursa Major dan Boötes. Namun, pemeriksaan sebelumnya terhadap wilayah tersebut bergantung pada generasi teleskop luar angkasa yang kurang kuat.

“Pengamatan kami dilakukan pada bulan Juni dan Desember lalu, dan kami bertujuan untuk menggambarkan seperti apa galaksi selama puncak pembentukan bintang di alam semesta,” kata Kirkpatrick. “Ini adalah gambaran masa lalu 7 hingga 10 miliar tahun yang lalu. Kami menggunakan instrumen inframerah-tengah pada Teleskop Luar Angkasa James Webb untuk melihat debu di galaksi yang ada 10 miliar tahun yang lalu, dan debu ini dapat menutupi proses pembentukan bintang yang persisten, dan dapat menyembunyikan lubang hitam supermasif yang sedang tumbuh. Jadi saya melakukan survei pertama untuk mencari lubang hitam supermasif yang bersembunyi di pusat galaksi tersebut.

Kami menunjukkan MIRI menunjuk ke 1 (panel kanan) bersama dengan pengamatan Spitzer/IRAC (tengah) dan MIPS (kiri).
Daerah yang sama. Apertur menunjukkan lokasi sumber yang terdeteksi di setiap gambar (hanya wilayah MIRI). Untuk MIPS (IRAC)
Di foto, lubangnya berukuran 6 inci (2 inci), yang sesuai dengan ukuran balok perangkat. Pada gambar IRAC, warna biru berhubungan dengan saluran
1 (3,6 µm), hijau berhubungan dengan saluran 2 (4,5 µm), dan merah berhubungan dengan saluran 3 (5,8 µm). Pada gambar MIRI, filter 770W berwarna biru, F1000W berwarna hijau, dan F1280W berwarna merah. Kredit: Kirkpatrick dkk., arXiv:2308.09750

Hasil dan implikasi

Sedangkan setiap galaksi dicirikan oleh adanya massa yang sangat besar Lubang hitam Di tengahnya terdapat inti aktif yang lebih menarik, yang merupakan gangguan yang lebih menarik yang menarik gas dan menunjukkan luminositas yang tidak ada pada lubang hitam pada umumnya.

Kirkpatrick dan banyak rekan astrofisikawannya berharap bahwa survei resolusi tinggi yang dilakukan oleh Teleskop Luar Angkasa James Webb akan mengidentifikasi lokasi lebih banyak galaksi aktif dibandingkan survei sebelumnya yang dilakukan dengan Teleskop Luar Angkasa Spitzer. Namun, bahkan dengan peningkatan kekuatan dan sensitivitas MIRI, beberapa AGN tambahan ditemukan dalam survei baru.

“Hasilnya tampak sangat berbeda dari apa yang saya harapkan, yang menyebabkan kejutan besar pertama bagi saya,” kata Kirkpatrick. “Salah satu penemuan penting adalah kelangkaan lubang hitam supermasif yang tumbuh dengan cepat. Penemuan ini menimbulkan pertanyaan tentang keberadaan benda-benda ini. Ternyata, lubang hitam ini kemungkinan besar tumbuh lebih lambat dari perkiraan sebelumnya, dan hal ini menarik mengingat bahwa galaksi yang mereka periksa Ini seperti galaksi kita. Bima Sakti dari masa lalu. Pengamatan sebelumnya dengan Spitzer memungkinkan kita mempelajari galaksi yang lebih terang dan masif yang berisi lubang hitam supermasif yang berkembang pesat, sehingga lebih mudah dideteksi.

Kirkpatrick mengatakan teka-teki penting dalam astronomi terletak pada pemahaman bagaimana lubang hitam supermasif, seperti yang ditemukan di galaksi seperti Bima Sakti, tumbuh dan mempengaruhi galaksi induknya.

Dia berkata: “Hasil penelitian menunjukkan bahwa lubang hitam ini tidak tumbuh dengan cepat, menyerap materi dalam jumlah terbatas, dan mungkin tidak berdampak signifikan pada galaksi induknya.” “Penemuan ini membuka perspektif baru mengenai pertumbuhan lubang hitam karena pemahaman kita saat ini sebagian besar didasarkan pada lubang hitam paling masif di galaksi terbesar, yang memiliki dampak besar pada inangnya, namun lubang hitam yang lebih kecil di galaksi-galaksi ini kemungkinan besar akan berdampak besar pada galaksi tersebut. dampak yang signifikan.” TIDAK.”

Para insinyur bekerja dengan cermat untuk menanamkan instrumen inframerah tengah Teleskop Luar Angkasa James Webb di ISIM, atau Modul Instrumen Sains Terpadu, di ruang bersih di Pusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard NASA di Greenbelt, Maryland pada tanggal 29 April 2013. Sebagai penerus Teleskop Luar Angkasa Hubble NASA , Teleskop Webb akan menjadi teleskop luar angkasa paling kuat yang pernah dibuat. Ia akan mengamati objek-objek terjauh di alam semesta, memberikan gambar galaksi-galaksi pertama yang terbentuk, dan melihat planet-planet yang belum dijelajahi yang mengorbit bintang-bintang jauh.

Astronom Universitas Kuwait mengatakan hasil mengejutkan lainnya adalah tidak adanya debu di galaksi tersebut.

“Dengan menggunakan Teleskop Luar Angkasa James Webb, kita dapat mengidentifikasi galaksi yang jauh lebih kecil dari sebelumnya, termasuk galaksi seukuran Bima Sakti atau bahkan lebih kecil lagi, yang sebelumnya tidak mungkin dilakukan pada pergeseran merah (jarak kosmik) ini,” kata Kirkpatrick. “Biasanya, galaksi-galaksi paling masif memiliki banyak debu karena laju pembentukan bintangnya yang cepat. Saya berasumsi bahwa galaksi-galaksi bermassa lebih rendah juga akan mengandung debu dalam jumlah besar, namun ternyata tidak, sehingga menantang ekspektasi saya dan memberikan penemuan menarik lainnya.”

Menurut Kirkpatrick, karya ini mengubah pemahaman tentang bagaimana galaksi tumbuh, khususnya yang berkaitan dengan Bima Sakti.

“Lubang hitam kita tampak cukup tenang dan tidak menunjukkan banyak aktivitas,” ujarnya. “Satu pertanyaan penting mengenai Bima Sakti adalah apakah ia aktif atau telah melalui fase AGN. Jika sebagian besar galaksi, seperti galaksi kita, tidak memiliki inti galaksi aktif yang dapat dideteksi, ini bisa berarti bahwa lubang hitam kita tidak lebih aktif di masa lalu.” Pada akhirnya, pengetahuan ini akan membantu membatasi dan mengukur massa lubang hitam, dan menjelaskan asal mula pertumbuhan lubang hitam, yang masih menjadi pertanyaan yang belum terjawab.

Referensi: “Makalah utama CEERS ke-7: JWST/MIRI mengungkapkan populasi galaksi yang lemah di tengah hari kosmik yang tidak terlihat oleh Spitzer” oleh Alison Kirkpatrick, Guang Yang, Aurélien Le Bell, Greg Troianni, 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, LE Aaron Young, Letnan Kolonel, Jurnal Astrofisika.
arXiv:2308.09750

Kirkpatrick baru-baru ini mendapatkan waktu baru yang signifikan di JWST untuk melakukan survei yang lebih besar di lapangan Extended Groth Strip menggunakan MIRI. Makalahnya saat ini mencakup sekitar 400 galaksi. Survei mendatangnya (MEGA: MIRI EGS Galaxy dan AGN Survey) akan mencakup sekitar 5.000 galaksi. Pekerjaan dijadwalkan selesai pada Januari 2024.