O que aconteceu com todos os buracos negros supermassivos? Astrônomos ficaram surpresos com os dados de Webb

Telescópio Espacial James Webb Pesquisa revela menos buracos negros supermassivos do que se supunha

Um estudo da Universidade do Kansas de uma faixa do Universo usando o Telescópio Espacial James Webb revelou núcleos galácticos activos – buracos negros supermassivos que estão a aumentar rapidamente de tamanho – que são mais raros do que muitos astrónomos supunham anteriormente.

Os resultados, do instrumento de infravermelho médio (MIRI) do JWST, sugerem que o nosso universo pode ser um pouco mais estável do que se supunha anteriormente. O trabalho também fornece informações sobre observações de galáxias fracas, suas propriedades e desafios na identificação de AGN.

Detalhes do estudo

Um novo artigo detalhando a pesquisa do JWST, conduzida sob os auspícios do programa Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS), foi recentemente disponibilizado em arXiv Antes da revisão formal por pares ser publicada em o Jornal Astrofísico.

O trabalho, liderado por Alison Kirkpatrick, professora assistente de física e astronomia na KU, concentrou-se em uma região do universo há muito estudada chamada barra estendida de Groth, localizada entre as constelações Ursa Maior e Boötes. No entanto, exames anteriores da região basearam-se numa geração menos poderosa de telescópios espaciais.

“Nossas observações foram feitas em junho e dezembro passado, e nosso objetivo era descrever a aparência das galáxias durante o pico de formação estelar no universo”, disse Kirkpatrick. “Esta é uma retrospectiva de 7 a 10 mil milhões de anos atrás. Utilizámos o instrumento de infravermelho médio do Telescópio Espacial James Webb para observar poeira em galáxias que existiram há 10 mil milhões de anos atrás, e esta poeira pode mascarar O processo de formação de estrelas é persistente e pode esconder buracos negros supermassivos em crescimento. Então, conduzi a primeira pesquisa para procurar esses buracos negros supermassivos escondidos nos centros dessas galáxias.

Mostramos MIRI apontando para 1 (painel direito) junto com observações do Spitzer/IRAC (meio) e MIPS (esquerda).
Mesma área. As aberturas mostram a localização das fontes detectadas em cada imagem (somente região MIRI). Para MIPS (IRAC)
Na foto, os furos têm 6 polegadas (2 polegadas), o que corresponde ao tamanho do feixe do aparelho. Na imagem IRAC, o azul corresponde ao canal
1 (3,6 µm), o verde corresponde ao canal 2 (4,5 µm) e o vermelho corresponde ao canal 3 (5,8 µm). Na imagem MIRI, o filtro 770W é azul, o F1000W é verde e o F1280W é vermelho. Crédito: Kirkpatrick et al., arXiv:2308.09750

Resultados e implicações

Embora cada galáxia seja caracterizada pela presença de enormes massas Buraco negro No meio estão núcleos ativos mais excitantes, que são distúrbios mais excitantes que atraem gás e exibem uma luminosidade ausente dos buracos negros típicos.

Kirkpatrick e muitos colegas astrofísicos esperavam que a pesquisa de alta resolução conduzida pelo Telescópio Espacial James Webb identificaria a localização de muito mais galáxias ativas do que a pesquisa anterior realizada com o Telescópio Espacial Spitzer. No entanto, mesmo com o aumento de potência e sensibilidade do MIRI, alguns AGNs adicionais foram encontrados na nova pesquisa.

“Os resultados pareceram muito diferentes do que eu esperava, o que me levou à minha primeira grande surpresa”, disse Kirkpatrick. “Uma descoberta importante foi a escassez de buracos negros supermassivos em rápido crescimento. Esta descoberta levantou questões sobre onde estas coisas existem. Acontece que estes buracos negros estão provavelmente a crescer a um ritmo mais lento do que se pensava anteriormente, o que é interessante, dado que as galáxias que examinaram É como a nossa galáxia. via Láctea do passado. Observações anteriores com o Spitzer permitiram-nos estudar galáxias mais brilhantes e mais massivas que contêm buracos negros supermassivos de rápido crescimento, tornando-os mais fáceis de detectar.

Kirkpatrick disse que um quebra-cabeça importante na astronomia reside na compreensão de como buracos negros supermassivos típicos, como os encontrados em galáxias como a Via Láctea, crescem e afetam sua galáxia hospedeira.

Ela disse: “Os resultados do estudo indicam que estes buracos negros não crescem rapidamente, absorvem material limitado e podem não afetar significativamente as suas galáxias hospedeiras”. “Esta descoberta abre uma perspectiva totalmente nova sobre o crescimento dos buracos negros, uma vez que o nosso conhecimento actual se baseia em grande parte nos buracos negros mais massivos nas galáxias maiores, que têm grandes impactos nos seus hospedeiros, mas é provável que os buracos negros mais pequenos nestas galáxias tenham um impacto significativo.” não.”

Os engenheiros trabalharam meticulosamente para implantar o instrumento infravermelho médio do Telescópio Espacial James Webb no ISIM, ou Módulo de Instrumento Científico Integrado, em uma sala limpa no Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, em 29 de abril de 2013. Como sucessor do Telescópio Espacial Hubble da NASA , será O Telescópio Webb é o telescópio espacial mais poderoso já construído. Irá observar os objetos mais distantes do Universo, fornecer imagens das primeiras galáxias a formar-se e ver planetas inexplorados orbitando estrelas distantes.

O astrônomo da Universidade do Kuwait disse que outro resultado surpreendente é a ausência de poeira nessas galáxias.

“Usando o Telescópio Espacial James Webb, podemos identificar galáxias muito menores do que nunca, incluindo aquelas do tamanho da Via Láctea ou até menores, o que antes era impossível nesses desvios para o vermelho (distâncias cósmicas)”, disse Kirkpatrick. “Normalmente, as galáxias mais massivas têm poeira abundante devido às suas rápidas taxas de formação estelar. Eu tinha assumido que as galáxias de menor massa também conteriam grandes quantidades de poeira, mas isso não aconteceu, o que desafia as minhas expectativas e proporciona outra descoberta interessante.”

Segundo Kirkpatrick, este trabalho muda a compreensão de como as galáxias crescem, especialmente no que diz respeito à Via Láctea.

“Nosso buraco negro parece bastante calmo e não mostra muita atividade”, disse ela. “Uma questão importante em relação à Via Láctea é se ela está ativa ou se passou por uma fase AGN. Se a maioria das galáxias, como a nossa, não possui núcleos galácticos ativos detectáveis, isso pode significar que o nosso buraco negro não era mais ativo no passado. Em Em última análise, este conhecimento ajudará a restringir e medir as massas dos buracos negros e a lançar luz sobre as origens do crescimento dos buracos negros, que permanece uma questão sem resposta.

Referência: “7º artigo principal do CEERS: JWST/MIRI revela população fraca de galáxias no meio-dia cósmico invisível para Spitzer” por Alison Kirkpatrick, Guang Yang, Aurélien Le Bell, Greg Troianni, Eric F. Bell, Nico J. Cleary, David Elbaz, Estevão L. Finkelstein, Nimesh B. Hathi, Michaela Hirschman, Ben W. Holwerda, Dale D. Koszewski, Ray A. Lucas, Jed McKinney, Casey Papovich, Pablo J. Perez Gonzalez, Alexander de la Vega, Michaela B. Bagley, Emanuel Duddy, Mark Dickinson, Henry C. Ferguson, Adriano Fontana, Andrea Grazian, Norman A. Grojin, Pablo Arrabal Haro, Jehan S. Kartaltepe, Lisa J. Kelly, Anton M. Kokemuir, Jennifer M. Lutz, Laura Pinterici, Noor Pierzkal, Swara Ravindranath, Rachel S. Somerville, Jonathan R. Trump, Stephen M. Wilkins, LE Aaron Young, Tenente Coronel, Jornal Astrofísico.
arXiv:2308.09750

Kirkpatrick recentemente garantiu um novo tempo significativo no JWST para conduzir uma pesquisa maior do campo Extended Groth Strip usando o MIRI. Seu artigo atual incluía cerca de 400 galáxias. Sua próxima pesquisa (MEGA: MIRI EGS Galaxy e AGN Survey) incluirá cerca de 5.000 galáxias. A obra está prevista para ser concluída em janeiro de 2024.