|
Черные дыры в центрах ранних галактик гораздо массивнее
|
|
|
|
Астрономы обнаружили, что сверхмассивные черные дыры в центрах ранних галактик гораздо массивнее, чем ожидалось. Эти удивительно огромные черные дыры позволяют по-новому взглянуть на происхождение всех сверхмассивных черных дыр, а также на самые ранние этапы жизни родительской галактики. В близлежащих, зрелых галактиках, таких как наш Млечный Путь, общая масса звезд значительно превышает массу большой черной дыры, обнаруженной в центре галактики, примерно в соотношении 1000 к 1. Однако в недавно открытых далеких галактиках эта разница масс падает до 100 или 100 или 1000. 10 к 1 и даже 1 к 1, что означает, что черная дыра может равняться совокупной массе звезд своей родительской галактики. Эта фотография неожиданно массивных черных дыр в молодых галактиках получена с космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST), новейшей флагманской обсерватории НАСА. До запуска JWST в конце 2021 года астрономы обычно ограничивались в своих исследованиях далеких черных дыр невероятно яркими квазарами, состоящими из чудовищных, пожирающих материю черных дыр, которые полностью затмевают звезды в родительских галактиках.
|
|
|
|
«С помощью JWST мы теперь, наконец, можем наблюдать менее массовые, но все же сверхмассивные черные дыры в маленьких, далеких галактиках, а также мы можем видеть звезды в этих родительских галактиках», — говорит Фабио Пачуччи, научный сотрудник Клэя в Центре астрофизики. | Гарвард и Смитсоновский институт (CfA). «Это позволяет нам впервые изучать ранние черные дыры и их родительские галактики по мере их совместной эволюции». Пачуччи является ведущим автором нового исследования, опубликованного в The Astrophysical Journal Letters, в котором сообщается о результатах, и представил эти результаты на 243-м собрании Американского астрономического общества в Новом Орлеане, штат Луизиана.
|
|
|
«Мы узнали, что далекие молодые галактики нарушают соотношение между массой черной дыры и звездной массой, которое очень хорошо установлено в близлежащих, зрелых галактиках: эти первобытные черные дыры, несомненно, сверхмассивны по сравнению со звездным населением своих хозяев», — говорит Роберто Майолино. , профессор Кембриджского университета (Великобритания) и соавтор исследования. «С помощью JWST можно будет точно определить, как образовались первые сверхмассивные черные дыры, обнаружив черные дыры, которые расположены дальше и меньше тех, что были обнаружены до сих пор, и которых, по прогнозам нашего исследования, довольно много». Для исследования Пауччи и его коллеги провели статистический анализ набора из 21 галактики на расстоянии от 12 до 13 миллиардов световых лет и наблюдали с помощью трех опубликованных обзоров JWST.
|
|
|
|
Эти 21 галактика содержат центральные черные дыры с типичными массами, которые, по оценкам, в десятки или сотни миллионов раз превышают массу нашего Солнца. Они по-прежнему сверхмассивны, но сравнительно ничтожны по сравнению с черными дырами, питающими большинство наблюдаемых на сегодняшний день далеких квазаров, которые могут похвастаться миллиардами раз больше массы Солнца. «В целом мы видим, что черные дыры в молодых галактиках, наблюдаемых JWST, примерно в десять-сто раз массивнее, чем предсказывает масштабное соотношение в локальной вселенной», — говорит Сяохуэй Фань, профессор Университета Аризоны и соавтор исследования. автор исследования. «Отношение звездной массы к массе черной дыры в ранних галактиках тогда, более дюжины миллиардов лет назад, было намного ниже, чем сейчас. Этот результат имеет важные последствия для изучения первой популяции черных дыр».
|
|
|
|
Точная оценка этого соотношения должна помочь понять, как возникли сверхмассивные предшественники черных дыр, получившие название «семена черных дыр». В целом астрономы наметили два основных пути: «легкие» и «тяжелые» семена. Легкие семена черной дыры должны были иметь относительно небольшую массу, примерно в 100–1000 раз больше массы Солнца. Эти семена света могли образоваться как остатки самых первых колоссальных звезд Вселенной. С другой стороны, зародыши тяжелых черных дыр начинались с масс около 10 000–100 000 солнечных. Такие огромные семена теоретически возникли в результате прямого гравитационного коллапса титанических газовых облаков. Путь тяжелых семян, подготавливая почву для роста с гораздо более высокой начальной точки, должен способствовать своевременному образованию очень ранних сверхмассивных черных дыр, которые группа исследователей обнаружила за последние двадцать лет на все больших расстояниях. Новые данные о сверхмассивных черных дырах подтверждают идею тяжелого затравки, поскольку моделирование и теоретические расчеты этого пути предсказывают, что черные дыры должны быть примерно такими же или даже более массивными, чем звездный компонент молодых галактик, в которых они живут.
|
|
|
|
Как галактики затем сформировались и одновременно эволюционировали вокруг зародышей первобытных черных дыр, остается широко открытым астрофизическим вопросом. Черные дыры росли в основном за счет притяжения газа или за счет слияния с другими черными дырами? И накапливалась ли звездная масса в основном внутри галактики, или требовалось слияние с другими, более крупными галактиками? Пачуччи и его команда ожидают, что ответы начнут материализоваться благодаря дополнительным исследованиям JWST. «За космическое время мы знаем, что соотношение масс звезды и черной дыры постепенно приближается к локальному соотношению 1000 к 1 в современной Вселенной. Это происходит по мере того, как черная дыра и ее родительская галактическая система развиваются вместе, сливаясь с другими галактиками и формируя легионы звезд», — говорит Пауччи. «Мы все еще работаем над тем, чтобы заглянуть во вселенную достаточно глубоко, чтобы понять, как все это началось».
|
|
|
|
Источник
|
