Космический телескоп Джеймса Уэбба сделал снимки двух квазаров ранней Вселенной, раскрывая связь между черными дырами и родительскими галактиками. Этот прорыв предполагает, что соотношения масс, наблюдаемые в новых галактиках, существовали менее чем через миллиард лет после Большого взрыва.
Недавние наблюдения двух квазаров в зарождающейся Вселенной с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) позволили получить важную информацию о ранних отношениях между черными дырами и их галактиками, что согласуется с соотношениями масс, наблюдаемыми в недавней Вселенной.
Новые изображения впервые показывают звездный свет двух массивных галактик, в которых находятся активно растущие черные дыры, называемые квазарами, менее чем через миллиард лет после Большого взрыва. Эти черные дыры почти в миллиард раз массивнее нашего Солнца, в то время как их родительские галактики почти в сто раз массивнее нашего Солнца — соотношение, аналогичное тому, которое наблюдается в недавней Вселенной. Согласно недавнему исследовательскому отчету, опубликованному в журнале Nature, мощное сочетание широкоугольных обзорных наблюдений телескопа Субару и JWST открывает новый способ изучения далекой Вселенной.
В последние годы наблюдения гигантских черных дыр привлекли внимание астрономов. Телескоп Event Horizon (EHT) начал фотографировать «тень» черной дыры в центре галактики. Премия по новой физике 2020 года была присуждена за наблюдения за движением звезд в центре Млечного Пути. Хотя существование таких гигантских черных дыр стало очевидным, никто не знает их происхождения.
Астрономы сообщают, что черные дыры с миллиардной солнечной массой существовали в первый миллиард лет существования Вселенной. Как могли эти черные дыры стать такими большими, когда Вселенная была такой молодой? Еще более загадочно то, что наблюдения за локальной вселенной показывают четкую связь между массой сверхмассивных черных дыр и более крупными галактиками, в которых они находятся. Размеры галактик и черных дыр совершенно разные, так что же появилось раньше, черная дыра или галактика? Это вопрос «курица или яйцо» в космическом масштабе.
Международная исследовательская группа под руководством исследователя астрофизики Кавли Масафуса Оноуэ из Института астрономии и астрофизики Кавли (KIAA) Пекинского университета, исследователя Института физики и математики Вселенной Кавли (IPMU) Дин Сюэна и профессора IPMU Джона Сильвермана решила ответить на этот вопрос с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST). Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) — это 6,5-метровый космический телескоп, совместно разработанный Национальным управлением по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА), Европейским космическим агентством (ЕКА) и Канадским космическим агентством (CSA) и будет запущен в декабре 2021 года.
Квазары яркие, в то время как их родительские галактики тусклые, что ставит перед исследователями задачу обнаружить тусклый свет галактик на фоне яркого света квазаров, особенно на больших расстояниях. «Искать родительские галактики квазаров с красным смещением 6 — это все равно, что носить запотевшие очки, чтобы найти светлячков во время захватывающего фейерверка. Хозяйские галактики очень тусклые, а разрешение изображения очень ограничено, даже с помощью космического телескопа Хаббла, поэтому раскрыть их скрытую красоту — настоящая проблема», — сказал Сюйэн Дин.
Исследовательская группа использовала JWST для наблюдения двух квазаров, а именно HSCJ2236+0032 и HSCJ2255+0251, с красным смещением 6,40 и 6,34 соответственно. Возраст Вселенной на тот момент составлял примерно 860 миллионов лет. Два квазара были первоначально обнаружены посредством широкоугольных исследований 8,2-метрового телескопа Субару, и на данный момент исследовательская группа использовала телескоп, чтобы обнаружить более 160 квазаров. Эти квазары с относительно низкой яркостью являются основными целями для измерения свойств родительских галактик, и их успешное обнаружение представляет собой самое раннее на сегодняшний день обнаружение звездного света в квазарах.
Изображения двух квазаров были получены с помощью инструмента NIRCam компании JWST на длинах волн инфракрасного излучения 3,56 и 1,50 микрона, при этом родительская галактика стала четко видна после тщательного моделирования и вычитания бликов от аккрецирующей черной дыры. Звездные следы родительской галактики также видны в спектре, полученном J2236+0032 с помощью JWST NIRSpec, что еще раз подтверждает обнаружение родительской галактики. «Я принимал активное участие в исследовании квазаров с высоким красным смещением Субару с тех пор, как был аспирантом Национальной астрономической обсерватории Японии. Я очень горжусь тем, что мы успешно обнаружили звездный свет квазаров с большим красным смещением с помощью телескопа Субару», — сказал Масафуса Оноуэ.
Путем наблюдений исследовательская группа обнаружила, что отношение массы черной дыры к массе родительской галактики аналогично отношению массы черной дыры к массе родительской галактики в современной Вселенной. Этот результат показывает, что связь между черной дырой и родительской галактикой сформировалась в течение первого миллиарда лет после Большого взрыва. Исследовательская группа продолжит это исследование с более крупной выборкой далеких квазаров, стремясь еще больше ограничить историю совместной эволюции черных дыр и их родительских галактик в космическом времени. Эти наблюдения будут ограничивать модели совместной эволюции черных дыр и их родительских галактик.
Источник составления: ScitechDaily.