Ужасные двойки: обнаружение маленькой черной дыры в детской вселенной

Сахил Хегде | 6 июля 2023 г. | Ежедневные обзоры газет | 0 комментариев

Заголовок:Маленькая и энергичная черная дыра в ранней Вселенной

Авторы:Роберто Майолино, Ян Шольц, Йорис Витсток и др.

Первое авторское учреждение: Институт космологии Кавли, Кембриджский университет, Кембридж, Великобритания; Кавендишская лаборатория – Группа астрофизики, Кембриджский университет, Кембридж, Великобритания; Кафедра физики и астрономии, Университетский колледж Лондона, Лондон, Великобритания

Положение дел:поданный

Поскольку приближается годовщина выпуска первых изображений от JWST, сейчас самое время оглянуться назад и на некоторые из его больших открытий. JWST, осуществляющий наблюдения в инфракрасном диапазоне, был частично разработан для изучения формирования и эволюции первых галактик во Вселенной. На этом фронте он превзошел все ожидания, побив рекорды галактического расстояния и бросив вызов нашим моделям структуры и демографии ранних галактик. Прекрасным примером того, насколько мощным является JWST, является новая информация, которую мы можем узнать от старого (до JWST) рекордсмена самой далекой галактики с запоминающимся названием GN-z11.

С тех пор, как в 2016 году GN-z11 была впервые фотометрически идентифицирована как кандидат в галактики с большим красным смещением, она стала предметом большого волнения, главным образом потому, что это было наше самое четкое представление о природе галактик в зарождающейся Вселенной. GN-z11 не только была галактикой с самым высоким красным смещением, когда-либо обнаруженной на тот момент (с красным смещением ~11, что соответствует примерно 400 миллионам лет после Большого взрыва), но и исключительно яркой для своего возраста. И нет, я не имею в виду, что это было чтение на уровне средней школы в детском саду. То есть она в три раза ярче типичной галактики с z~6-8, когда Вселенной было уже почти миллиард лет, а галактики, как ожидается, будут намного больше. GN-z11 уже подробно обсуждался в других укусах (например, в этих двух случаях его спектроскопического подтверждения и происхождения), которые были основаны на наблюдениях, проведенных с помощью космического телескопа Хаббла, и других наземных исследованиях.

Учитывая такой интерес, GN-z11 стал естественной целью наблюдения для некоторых из первых научных программ, реализованных JWST. Сегодняшняя статья углубляется в эти наблюдения и представляет доказательства, объясняющие удивительную яркость этой галактики: возможно, в галактике есть что-то, играющее в прятки и заставляющее ее сиять так ярко!

Как обнаружить АЯГ с высоким z

Даже с учетом наблюдений, проведенных до запуска JWST, GN-z11 была идентифицирована как удивительно яркая галактика. Если предположить, что весь этот свет — это звездный свет, мы бы оценили, что масса звезд в галактике эквивалентна примерно миллиарду солнц — примерно в десять раз меньше, чем звездная масса Млечного Пути, — что делает ее также исключительно массивной, учитывая ее возраст. Однако одно из возможных объяснений его поразительной светимости заключается в том, что большая часть света производится активно аккрецирующей сверхмассивной черной дырой в центре галактики (так называемое активное галактическое ядро, или АЯГ). Присутствие объекта большой светимости, такого как АЯГ, помогло бы ослабить некоторую напряженность, связанную с обнаружением GN-z11 и других столь же «сверхсветящихся» галактик в ранней Вселенной. Хотя это потенциально привлекательная идея, для окончательного ответа на этот вопрос необходимо точное обнаружение эмиссионных линий в спектре галактики — идеальный испытательный стенд для инструментов JWST с высоким разрешением!

Действительно, сегодняшние авторы используют данные, собранные с помощью спектрографа ближнего инфракрасного диапазона (NIRSpec) на борту JWST, который охватывает диапазон длин волн 1-5 микрон. Поскольку свет был растянут в результате расширения Вселенной или космологически смещён в красную область, линии, наблюдаемые в этом диапазоне, на самом деле излучаются в ультрафиолетовом или оптическом диапазоне атомами галактики, а затем растягиваются в инфракрасном диапазоне. Фактически, некоторые из самых сильных линий — те, которые используются для определения красного смещения галактики — возникают в результате электронных переходов в атомах, которые были ионизированы и возбуждены в межзвездной среде галактики (например, в области HII). Следовательно, обнаружение различных эмиссионных линий указывает на присутствие определенных элементов и отражает состояние ионизации (читай: долю атомов определенного типа, которые были ионизированы) наблюдаемого газа.