Naudodami James Webb kosminį teleskopą, astronomai stebėjo dramatišką „šokį“ tarp supermasyvios juodosios skylės ir dviejų palydovinių galaktikų. Šie stebėjimai gali padėti mokslininkams geriau suprasti, kaip ankstyvojoje visatoje augo galaktikos ir supermasyvios juodosios skylės.
Ši supermasyvi juodoji skylė maitina ją supančią medžiagą ir tiekia ryškų kvazarą, esantį taip toli, kad Jameso Webbo teleskopas jį mato tokį, koks buvo praėjus mažiau nei milijardui metų po Didžiojo sprogimo. Kvazaras, vadinamas PJ308-21, yra aktyviame galaktikos branduolyje (AGN) galaktikoje, kuri susilieja su dviem masyviomis palydovinėmis galaktikomis.
Komanda ne tik nustatė, kad juodosios skylės masė prilygsta dviem milijardams saulių, bet ir nustatė, kad tiek kvazaras, tiek galaktikos, dalyvaujančios šiame susijungime, yra labai išsivysčiusios. senoji visata buvo tik kūdikis.
Tikėtina, kad šių trijų galaktikų susijungimas į supermasyvią juodąją skylę pateks didžiulis dujų ir dulkių kiekis, palengvinantis jos augimą ir leisdamas toliau maitinti PJ308-21.
Susijęs: Jameso Webbo kosminis teleskopas aptinka „itin raudoną“ supermasyvią juodąją skylę, augančią ankstyvojoje visatoje
„Mūsų tyrimas atskleidžia, kad abi juodosios skylės yra aukštuose raudonojo poslinkio centruose [early and distant] „Jau per pirmuosius milijardus visatos istorijos metų kvazarai ir juose esančios galaktikos auga labai efektyviai ir audringai, o tai padeda turtinga galaktikos aplinka, kurioje susidaro šie šaltiniai“, – sako komandos vadovas Roberto DeCarli, Italijos nacionalinio instituto tyrėjas. Astrofizikos (INAF). Jis sakė pareiškime.
Duomenys buvo surinkti 2022 m. rugsėjį JWST artimojo infraraudonųjų spindulių spektrometro (NIRSpec) prietaisu, kuris yra programos 1554 dalis, kuria siekiama stebėti galaktikos, kurioje yra PJ308-21, ir dviejų jos Mėnulio galaktikų susijungimą.
DeCarli pridūrė, kad darbas buvo tikra „emocinė kelionė“ komandai, kuri sukūrė naujoviškus sprendimus, kaip įveikti pradinius duomenų mažinimo sunkumus ir sukurti vaizdus su mažesniu nei 1 % neapibrėžtumu vienam pikseliui.
Kvazarai gimsta, kai didžiuliai dujų ir dulkių kiekiai supa supermasyvias juodąsias skyles, milijonus ar milijardus kartų didesnes už Saulės masę, kurios yra galaktikų širdyje. Ši medžiaga sudaro plokščią debesį, vadinamą akreciniu disku, kuris skrieja aplink juodąją skylę ir palaipsniui ją maitina.
Didžiulės juodosios skylės gravitacinės jėgos sukuria galingas potvynių ir potvynių jėgas šiame kaupimosi diske, pakeldamos dujų ir dulkių temperatūrą iki 120 000 laipsnių pagal Farenheitą (67 000 laipsnių Celsijaus). Dėl to šviesa iš akrecinio disko sklinda per elektromagnetinį spektrą. Ši emisija dažnai yra ryškesnė už bendrą kiekvienos supančios galaktikos žvaigždės šviesą, todėl kvazarai, tokie kaip PJ308-21, yra vieni ryškiausių visatos objektų.
Nors juodosios skylės neturi savybių, kuriomis būtų galima nustatyti jų evoliuciją, jų akreciniai diskai (taigi ir kvazarai) turi. Tiesą sakant, galaktikų amžių galima „įvertinti“ lygiai taip pat.
Ankstyvoji visata buvo pilna vandenilio, lengviausio ir paprasčiausio elemento bei nedidelio kiekio helio. Tai sudarė pirmųjų žvaigždžių ir galaktikų pagrindą, tačiau per šių žvaigždžių kūnų gyvavimo laikotarpį jie suklastojo elementus, sunkesnius nei vandenilis ir helis, kuriuos astronomai vadina „metalais“.
Kai šios žvaigždės baigė savo gyvenimą didžiuliais supernovų sprogimais, šie metalai pasklido po galaktikas ir tapo naujos kartos žvaigždžių statybiniais blokais. Dėl šio proceso žvaigždės, o per jas ir galaktikos, palaipsniui tapo „turtingos metalu“.
Komanda nustatė, kad, kaip ir daugumoje aktyvių galaktikos branduolių, aktyviojoje PJ308-21 šerdyje yra daug metalų, o ją supančios dujos ir dulkės patiria „fotojonizacijos“ procesą. Tai procesas, kurio metu šviesos dalelės, vadinamos fotonais, suteikia energiją, kurios reikia elektronams, kad galėtų pabėgti iš atomų, sukurdamos elektriškai įkrautus jonus.
Viena iš galaktikų, susiliejančių su priimančia galaktika PJ308-21, taip pat yra daug metalų, o jos medžiaga taip pat iš dalies fotojonizuojama dėl kvazaro elektromagnetinės spinduliuotės.
Fotojonizacija taip pat vyksta antrojoje Mėnulio galaktikoje, tačiau šiuo atveju ją sukelia greitas žvaigždžių formavimasis. Ši antroji galaktika taip pat skiriasi nuo pirmosios ir aktyviosios galaktikos tuo, kad atrodo, kad joje nėra metalų.
„NIRSpec dėka pirmą kartą galime ištirti optinį domeną, kuriame gausu vertingų diagnostinių duomenų apie dujų savybes netoli juodosios skylės galaktikoje, kurioje yra kvazaras, ir aplinkinėse galaktikose“, – sakė komandos narys ir astrofizikas. Nacionalinis astrofizikos institutas Federica Loiacono. „Mes galime pamatyti, pavyzdžiui, vandenilio atomų emisiją ir palyginti ją su žvaigždžių gaminamų cheminių elementų emisija, kad nustatytų, kiek metalų yra dujose.”
Nors šviesa iš šio kvazaro iš ankstyvosios visatos patenka per platų elektromagnetinio spektro diapazoną, įskaitant optinę šviesą ir rentgeno spindulius, vienintelis būdas ją stebėti yra infraraudonieji spinduliai.
Taip yra todėl, kad šviesa, kuri keliavo daugiau nei 12 milijardų metų, kad pasiektų Jameso Webbo teleskopą, smarkiai ištempė bangos ilgius. Tai „paslenka“ šviesą link elektromagnetinio spektro „raudonojo galo“ – reiškinį, kurį astronomai vadina „raudonuoju poslinkiu“, kurį simbolizuoja raidė „z“.
James Webb teleskopas turi išskirtinę galimybę matyti „didelio raudonojo poslinkio“ arba „didelio raudonojo poslinkio“ objektus ir įvykius, tokius kaip PJ308-21 dėl savo jautrumo infraraudonajai šviesai.
Loiacono baigė sakydamas: „Dėka Jameso Webbo teleskopo jautrumo artimajame ir vidutiniame infraraudonųjų spindulių diapazone tapo įmanoma neregėtu tikslumu ištirti kvazarų ir kompanioninių galaktikų spektrą tolimoje visatoje puikiu Jameso Webbo teleskopo „vaizdu“.
Grupės tyrimas buvo priimtas publikuoti žurnale 2024 m. birželio mėn Astronomija ir astrofizika.
„Analitikas. Kūrėjas. Zombių fanatikas. Aistringas kelionių narkomanas. Popkultūros ekspertas. Alkoholio gerbėjas”.
