4 Minuten
Astronomai patvirtino iki šiol toliausiai aptiktą ir ankstyviausią supermasyvią juodąją skylę, esančią kompaktiškoje, raudonoje galaktikoje CAPERS-LRD-z9. Stebėjimai rodo, kad jos centrinė juodoji skylė jau svėrė apie 300 milijonų Saulės masių, kai Visatai tebuvo apie 500 milijonų metų, tai sudaro vos 3 procentus dabartinio jos amžiaus. Šis atradimas praplečia supermasyvių juodųjų skylių stebėjimų ribas iki Kosminės Aušros ir pateikia fizinį paaiškinimą paslaptingai objektų populiacijai, kurią neseniai aptiko James Webb kosminis teleskopas (JWST).
Galaktikos CAPERS-LRD-z9 šerdis veikia kaip aktyvus galaktikos branduolys (AGN), o juodoji skylė intensyviai pritraukia dujas ir išskiria stiprią spinduliuotę. Kadangi akrecijos regionas apgaubtas dulkėmis ir įkaitusiomis dujomis, objektas JWST infraraudonųjų spindulių nuotraukose atrodo labai raudonas – būtent toks, kaip vadinamieji „Maži raudoni taškai“ (LRDs), kurie tyrėjams kelia klausimų nuo pat pirmųjų JWST stebėjimų.
Kritinis patvirtinimas gautas atlikus spektroskopinę analizę. Išskaidę šviesą į spektrą, astronomai nustatė dujų emisijos linijų Doplerio poslinkį šalia galaktikos branduolio. Nustatyta, kad dujos juda išskirtinai dideliu – apie 3000 km/s (1 proc. šviesos greičio) – greičiu, o tai liudija apie milžinišką supermasyvios juodosios skylės gravitacijos poveikį. Tokie platūs ir greiti emisijos profiliai sunkiai paaiškinami kitais astrofiziniais procesais, todėl spektroskopija tapo esminiu įrankiu ankstyvų AGN identifikavime.
Pagrindinis tyrimo autorius, astrofizikas Anthony Taylor iš Teksaso universiteto Ostine, pabrėžia, kad spektrinis parašas yra išskirtinis, o šis patvirtinimas pasiektas dabartinėmis technologinėmis ribomis tiriant juodąsias skyles aukštuose raudonuosiuose poslinkiuose. JWST jautrumas infraraudonųjų spindulių diapazone čia buvo kritinis – šviesa iš Kosminės Aušros dėl Visatos plėtimosi pasislenka į infraraudonųjų bangų ribą, todėl JWST gali aptikti ir tirti anksčiau nematomus objektus.
Maži raudoni taškai (LRDs) kaip objektai pirmą kartą išskirti JWST giluminio lauko stebėjimuose – tai neįprastai ryškūs, kompaktiški ir itin raudoni objektai, kurie dažniausiai aptinkami laikotarpiu prieš 600 milijonų metų po Didžiojo sprogimo ir iki milijardo metų beveik išnyksta. Gauti AGN spektroskopiniai duomenys leidžia manyti, kad daugelis LRD yra galaktikos, kuriose dominuoja sparčiai augančios, dulkėmis apgaubtos supermasyvios juodosios skylės.
CAPERS-LRD-z9 juodosios skylės masė išskirtinė ne tik absoliučia verte, bet ir santykiu su šeimininke galaktika. Jos masė – apie 300 milijonų Saulės masių – gali sudaryti net iki pusės visos žvaigždžių masės galaktikoje. Lyginant, šiuolaikinėse galaktikose netoli mūsų, juodųjų skylių masė dažniausiai tesudaro vos 0,1 proc. žvaigždžių masės. Toks neproporcingai didelis juodosios skylės ir galaktikos masės santykis rodo, kad ankstyvosios galaktikos galėjo vystytis pagal kitokį scenarijų, kai juodosios skylės augimas laikinai pranoko žvaigždžių formavimąsi.
CAPERS-LRD-z9 yra itin kompaktiška; net su itin aukšta JWST infraraudonųjų spindulių skiriamąja geba galaktika lieka neišskaidyta ir atrodo mažiau kaip 1140 šviesmečių – panašaus dydžio kaip nykštukinės galaktikos.
Kaip tokia masyvi juodoji skylė galėjo susiformuoti taip anksti? Tyrėjai nagrinėja du pagrindinius augimo scenarijus – pradžioje susiformavus masyviai „sėklai“ (apie 10 000 Saulės masių), per 500 milijonų metų nuoseklus prieaugis pagal Edingtono ribą galėtų suformuoti stebimą masę. Arba, jei pradinė sėkla buvo mažesnė (apie 100 Saulės masių), juodosios skylės galėjo greitai augti per trumpus super-Edingtono akrecijos epizodus, kai augimas labai intensyvus, energija „įspraudžiama“ į tankų dujų apvalkalą.
Didelių pradinių sėklų kilmė galėjo būti susijusi su pirminėmis juodosiomis skylėmis, susidariusiomis ankstyvojoje Visatoje, tiesiogine milžiniškų dujų debesų kolapsu, žvaigždžių susidūrimais tankiuose spiečiuose ar pirmosios kartos (III populiacijos) žvaigždėmis. Daugiau duomenų apie ankstyvąsias AGN ir jų šeimininkes galaktikas padės atskirti šiuos scenarijus.
Šis atradimas įrodo JWST galimybes tirti juodųjų skylių augimą Kosminės Aušros laikotarpiu ir jungia šiuos "variklius" su LRD objektų populiacija. Visgi pastebima, kad esant didesniam raudonajam poslinkiui juodųjų skylių nustatymas yra vis sudėtingesnis – ateities pažanga priklausys nuo didesnio jautrumo, spektro raiškos ir apimties. Būsimos JWST programos su kitais pažangiais teleskopais, pavyzdžiui, Extremely Large Telescope (ELT), bei planuojamos rentgeno misijos padės suvokti, kaip dažnai per pirmąjį milijardą metų susiformuodavo pernelyg masyvios juodosios skylės ir ar LRD galaktikos yra laikinas evoliucijos tarpsnis.
Suprasti šį ryšį svarbu atkuriant, kaip gana tipiškos galaktikos – įskaitant ir Paukščių Taką – sukaupė savo žvaigždžių masę ir augino centrines juodąsias skyles.
Spektroskopinis apie 300 milijonų Saulės masių juodosios skylės aptikimo CAPERS-LRD-z9 patvirtinimas pratęsia žinomų supermasyvių juodųjų skylių populiaciją į Kosminę Aušrą ir pateikia pagrįstą fizinį paaiškinimą JWST užfiksuotiems Mažiems raudoniems taškams. Išskirtinė objekto masė ir kompaktiška šeimininkė galaktika rodo itin spartų ir ankstyvą juodosios skylės augimą, kuris galėjo „užgožti“ bendrą galaktikos masės biudžetą, o tai iškelia naujus iššūkius tradiciniams juodųjų skylių ir galaktikų evoliucijos modeliams. Tolimesni infraraudonųjų spindulių spektroskopijos tyrimai ir platesnės apimties stebėjimai bus būtini norint išsiaiškinti, ar CAPERS-LRD-z9 yra išskirtinis atvejis, ar charakteringas, nors ir trumpalaikis, Visatos pirmojo milijardo metų etapas.
Quelle: iopscience.iop
Kommentare