Исследование космоса, проведенное Канзасским университетом с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба, выявило, что активные ядра галактик (AGN) — сверхмассивные черные дыры, быстро увеличивающиеся в размерах — встречаются реже, чем предполагали многие астрономы ранее. Результаты, полученные с помощью прибора среднего инфракрасного диапазона JWST (MIRI), предполагают, что наша Вселенная может быть немного более стабильной, чем предполагалось. Работа также дает представление о наблюдениях за слабыми галактиками, их свойствах и проблемах в идентификации AGN. Новый документ с подробным описанием исследования JWST, проведенного под эгидой программы Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS), был доступен на arXiv перед официальной рецензируемой публикацией в The Astrophysical Journal. Работа, возглавляемая Эллисон Киркпатрик, доцентом кафедры физики и астрономии Калифорнийского университета, была сосредоточена на давно изученной зоне космоса, получившей название Расширенная полоса Грота, расположенной между созвездиями Большой Медведицы и Волопаса. Но предыдущие исследования этого района проводились с использованием менее мощного поколения космических телескопов.
«Наши наблюдения проводились в июне и декабре прошлого года, и мы стремились охарактеризовать, как выглядели галактики в период расцвета звездообразования во Вселенной», — сказал Киркпатрик. «Это взгляд назад на 7–10 миллиардов лет назад. Мы использовали прибор среднего инфракрасного диапазона на космическом телескопе Джеймса Уэбба, чтобы посмотреть на пыль в галактиках, существовавших 10 миллиардов лет назад, и эту пыль может скрыть продолжающееся звездообразование, а также рост сверхмассивных черных дыр. Поэтому я провел первое исследование с целью поиска этих скрытых сверхмассивных черных дыр в центрах этих галактик». В то время как каждая галактика имеет сверхмассивную черную дыру в центре, AGN представляет собой более впечатляющие потрясения, активно втягивающие газы и демонстрирующие светимость, отсутствующую у типичных черных дыр. Киркпатрик и многие его коллеги-астрофизики ожидали, что обзор JWST с более высоким разрешением обнаружит гораздо больше AGN, чем предыдущий обзор, проведенный с помощью космического телескопа Спитцер. Однако, даже несмотря на увеличение мощности и чувствительности MIRI, в новом исследовании было обнаружено немного дополнительных AGN.
«Результаты выглядели совершенно иначе, чем я ожидал, и это стало для меня первым большим сюрпризом», — сказал Киркпатрик. «Одним из важных открытий стала нехватка быстро растущих сверхмассивных черных дыр. Это открытие вызвало вопросы о местонахождении этих объектов. Как выяснилось, эти черные дыры, вероятно, растут медленнее, чем считалось ранее, что интригует, учитывая Галактики, которые я исследовал, напоминают наш Млечный Путь из прошлого. Более ранние наблюдения с помощью Спитцера позволили нам изучить только самые яркие и массивные галактики с быстро растущими сверхмассивными черными дырами, что облегчило их обнаружение». Киркпатрик сказал, что важная загадка астрономии заключается в понимании того, как типичные сверхмассивные черные дыры, такие как те, что обнаружены в таких галактиках, как Млечный Путь, растут и влияют на свою родительскую галактику. «Результаты исследования показывают, что эти черные дыры не растут быстро, поглощают ограниченное количество материала и, возможно, не оказывают существенного влияния на родительские галактики», — сказала она. «Это открытие открывает совершенно новую перспективу роста черных дыр, поскольку наше нынешнее понимание во многом основано на самых массивных черных дырах в самых больших галактиках, которые оказывают существенное влияние на своих хозяев, но меньшие черные дыры в этих галактиках, вероятно, оказывают влияние»."
Еще одним неожиданным результатом стало отсутствие пыли в этих галактиках, сказал астроном KU. «Используя JWST, мы можем идентифицировать гораздо меньшие галактики, чем когда-либо прежде, в том числе галактики размером с Млечный Путь или даже меньше, что ранее было невозможно на таких красных смещениях (космических расстояниях)», — сказал Киркпатрик. «Как правило, самые массивные галактики имеют обильное количество пыли из-за высоких темпов звездообразования. Я предполагал, что галактики с меньшей массой также будут содержать значительное количество пыли, но этого не произошло, что превзошло мои ожидания и предложило еще одно интригующее открытие». По словам Киркпатрика, работа меняет понимание того, как растут галактики, особенно в отношении Млечного Пути.
«Наша черная дыра выглядит довольно спокойной и не проявляет особой активности», — сказала она. «Один важный вопрос относительно Млечного Пути заключается в том, был ли он когда-либо активен или проходил ли фазу AGN. Если у большинства галактик, таких как наша, отсутствует обнаруживаемое AGN, это может означать, что наша черная дыра никогда не была более активной в прошлом. В конечном счете, это может означать, что наша черная дыра никогда не была более активной в прошлом. Знания помогут ограничить и измерить массы черных дыр, проливая свет на причины роста черных дыр, которые остаются без ответа». Киркпатрик недавно получил значительное дополнительное время на JWST для проведения более масштабного исследования месторождения Extended Groth Strip с помощью MIRI. Ее текущая статья включала около 400 галактик. Ее предстоящий обзор (MEGA: MIRI EGS Galaxy и обзор AGN) будет включать около 5000 галактик. Работы запланированы на январь 2024 года.
