Korzystając z potężnej kombinacji teleskopu Subaru i Jamesa Webba Space Telescope (JWST), astronomowie odkryli siedem supermasywnych kwasarów z czarnej dziury otoczonymi welonami pyłu, które istniały, gdy wszechświat miał mniej niż miliard lat.
Supermasywne czarne dziury Spożywanie ogromnych ilości materii i lśniących jak jasno Quazars Podczas gdy w gęstej chmurze pyłu od dawna podejrzewano, że istniało we wczesnym okresie w 13,8 miliarda lat kosmosu o nazwie „Cosmic Dawn”, ale okazało się frustrująco nieuchwytne.
Jest to pierwsze wykrycie ukrytych, ale jasnych kwazarów we wczesnym wszechświecie. Wskazuje, że kwazary mogą być dwa razy częściej w Kosmiczny świt Jak wcześniej podejrzewano, stwierdzili naukowcy.
„To odkrycie było możliwe tylko z unikalną kombinacją dwóch potężnych teleskopów”, lider zespołu Yoshiki Matsuoka z Ehime University w Japonii powiedział w oświadczeniu.
” Teleskop SubaruSzerokie i wrażliwe ankiety pozwoliły nam wykryć rzadkie, świetliste galaktyki i JWST Matsuoka był w stanie złapać słabe światło w podczerwieni z ukrytych kwazarów. – To pokazuje, jak skuteczne podejście „odkryj teleskopem Subaru, eksploruj z JWST„ może być ”.
Quasars at Cosmic Dawn
Supermasywne czarne dziury z masami miliony lub miliardy razy więcej Słońce Usiądź w sercu wszystkich galaktyk we współczesnym wszechświecie. Nie wszystkie z nich Czarne dziury są jednak równe. Niektóre, jak supermasywna czarna dziura w sercu Droga MlecznaW Strzelca a* (Sgr a*), są cicho, ponieważ nie żywią się otaczającymi nimi materii.
Inne są chciwo sprawdzającą materię, która otacza ich w spłaszczonej, wirującej chmurze zwanej dyskem akrecyjnym. Ogromna powaga tych czarnych otworów powoduje siły pływowe w tym materiale, które wytwarzają intensywne tarcie, gałkę gazową i kurz na dysku do temperatur tak wielkich jak miliony stopni. Tymczasem materia na dysku jest ukierunkowana na bieguny supermasywnej czarnej dziury przez potężne pola magnetyczne, skąd jest wysadzona jako strumienie prawie światła.
Oba te procesy promieniują ogromnymi ilościami energii w całym Widmo elektromagnetyczne które wydają się astronomom z wielkich odległości jako kwazary.
Biorąc pod uwagę, jak ekstremalne i gwałtowne są kwazary, nic dziwnego, że uważa się, że te supermasywne czarne dziury odegrały istotną rolę w kształtowaniu galaktyk, a tym samym w ewolucji wszechświata. Jednak wciąż jest tajemnica wokół tworzenia wczesnych supermasywnych czarnych dziur Wszechświat miał miliard lat.
Tak więc astronomowie pilnie polują na kwazary, które istniały podczas kosmicznego świtu, okres od około 50 milionów do miliarda lat po Wielki Wybuchkiedy uważa się, że pierwsze gwiazdy i galaktyki powstały. Jeśli w tym czasie istniała duża populacja supermasywnych czarnych dziur, naukowcy uznają, że musieli się powtarzać często i szeroko, w wyniku śmierci gwiazd pierwszej generacji, tak jak dziś tworzą się czarne dziury gwiezdnej.
Jeśli jednak liczba supermasywnych czarnych dziur była niska w kosmicznym świcie, naukowcy teoretują, że ci kosmiczni tytany powstały tylko w szczególnych okolicznościach, być może z Bezpośrednie zawalenie rozległych chmur gazu i pyłu.
Jasność kwasarów powinna sprawić, że te supermasywne czarne dziury są dość widoczne nawet na rozległych odległościach, a drużyna stojąca za nowymi badaniami wykorzystała teleskop Subaru do odkrycia ponad 200 kwazarów. Istnieje jednak zaczep: kwazary są zwykle zauważane przez ich emisje ultrafioletowe, ale kosmiczny pył jest bardzo dobrym absorpatorem tego rodzaju promieniowania.
Oznacza to, że emisje z mocno spowitych kwazarów mogą nie dotrzeć do nas, co oznaczałoby, że wykryte przez nas kwazary są jedynie ułamkiem supermasywnych czarnych dziur, które istniały w kosmicznym świcie.
Aby potencjalnie odkryć te ukryte kwazary, zespół ten zwrócił się do ankiety przeprowadzonej z instrumentem Hyper Suprime-CAM na teleskopie Subaru (HSC-SSP), szukając bardzo jasnych galaktyk, które wykazują oznaki emisji o wysokiej energii, ale brakuje opartego na palcach kwasarów.
W przypadku JWST mogli zbadać te galaktyki w podczerwieni, które pozostawiły te galaktyki jako światło widzialne (ale następnie rozciągnięto do dłuższych długości fali), umożliwiając im rozglądanie się przez chmur zapylający światło ultrafioletowe. Korzystając z spektrografu w bliskiej podczerwieni (NIRSPEC), JWST badał 11 najbardziej świetlistych galaktyk ankietowanych przez teleskop Subaru między lipcem 2023 r. Do października 2024 r.
Siedem z tych galaktyk wykazało wyraźne oznaki kwazaru, potwierdzając pierwsze, ogniste kurzu, świetliste kwazary odkryte w kosmicznym świcie.
Badając światło lub „widma” z tych galaktyk, zespół ustalił, że kwazary emitują energię równoważną kilku trylionom słońca i są zasilane przez karmienie supermasywnych czarnych otworów masami miliardami razy nasza gwiazda. Te cechy przypominają cechy niezakryte kwazary wcześniej wykryte w kosmicznym świcie.
Naukowcy odkryli również, że pył otaczający te kwazary pochłania około 99,9% światła ultrafioletowego, które emitują i 70% widzialnego światła, które emitują. Nic więc dziwnego, że ci kosmiczni tytani pozostali tak skutecznie ukryci.
Liczba kwazarów w obszarze przestrzeni badanej przez zespół wskazuje, że populacja spowitych kwazarów jest podobna do populacji nieudanych kwazarów. W ten sposób zespół oblicza populację kwazarów w kosmicznym świcie na podwójne to, co wcześniej oszacowano.
Zespół zamierza teraz dalej badać te zaciemnione kwazary, aby ustalić, dlaczego ich środowiska są tak różne od środowisk niezamieszkanych kwazarów. Zamierzają także polować na bardziej spcite czarne dziury w szerszej próbce galaktyk, które istniały we wczesnych epokach kosmosu.
Naukowcy twierdzą, że takie prace mogą ujawnić pełną populację supermasywnych czarnych dziur w Cosmic Dawn.
Badania zespołu zostały opublikowane w lipcowej edycji The Astrophysical Journal.
