Het verste actieve superzware zwarte gat ooit gevonden

Ter vervulling van de belofte om ons begrip van het vroege universum te transformeren, James Webb-ruimtetelescoop onderzoekt sterrenstelsels in de buurt van het begin der tijden. Eén zo'n sterrenstelsel is het uitzonderlijk heldere sterrenstelsel GN-z11, dat bestond toen het universum nog maar een fractie van zijn huidige leeftijd had. Het is een van de kleinste en verste sterrenstelsels die ooit zijn waargenomen, en ook een van de meest mysterieuze. Waarom is het zo helder? Het lijkt erop dat Webb het antwoord heeft gevonden.

Wetenschappers die Webb gebruiken om GN-z11 te bestuderen, hebben ook verleidelijk bewijs ontdekt dat sterren uit Groep III zich aan de rand van dit afgelegen sterrenstelsel bevinden. Deze ongrijpbare sterren – de eerste die licht in het universum brachten – bestaan ​​uitsluitend uit waterstof en helium. Dergelijke sterren zijn nooit definitief ontdekt, maar wetenschappers weten dat ze moeten bestaan. En nu, met Webb, lijkt hun ontdekking dichterbij dan ooit.

Deze afbeelding, gemaakt met Webbs NIRCam-instrument (Near Infrared Camera), toont een deel van het GOODS-North-veld van sterrenstelsels. Rechtsonder markeren wolken het sterrenstelsel GN-z11, dat ergens slechts 430 miljoen jaar na de oerknal te zien is. De afbeelding toont een uitgebreide component, die het gaststelsel GN-z11 volgt, en een centrale bron waarvan de kleuren overeenkomen met die van de accretieschijf rond het zwarte gat. Beeldcredits: NASA, ESA, CSA, STScI, Brant Robertson (UC Santa Cruz), Ben Johnson (CfA), Sandro Takela (Cambridge), Marcia Ricci (Universiteit van Arizona), Daniel Eisenstein (CfA)

Webb onthult de geheimen van een van de meest verre sterrenstelsels ooit

Diep kijken in ruimte en tijd, met behulp van twee teams NASADe James Webb Ruimtetelescoop bestudeerde het uitzonderlijk heldere sterrenstelsel GN-z11, dat bestond toen het 13,8 miljard jaar oude heelal nog maar ongeveer 430 miljoen jaar oud was.

Dit sterrenstelsel, dat aanvankelijk werd ontdekt met behulp van NASA's Hubble-ruimtetelescoop, is een van de kleinste en meest afgelegen sterrenstelsels die ooit zijn waargenomen, en het is zo helder dat het wetenschappers uitdaagt te begrijpen waarom. Nu onthult de GN-z11 enkele van zijn geheimen.

Het krachtige zwarte gat is het verste dat ooit is gevonden

Een team dat samen met Webb GN-z11 bestudeert, heeft het eerste duidelijke bewijs gevonden dat het sterrenstelsel een enorm centraal sterrenstelsel herbergt. Zwart gat Dit is een snelle accumulatie van materie. Hun ontdekking maakt dit het meest afgelegen actieve superzware zwarte gat dat tot nu toe is waargenomen.

“We hebben zeer dicht gas aangetroffen dat veel voorkomt in de buurt van superzware zwarte gaten die gas aanzuigen”, legt hoofdonderzoeker Roberto Maiolino van Cavendish Laboratory en het Kavli Institute of Cosmology van de Universiteit van Cambridge in Groot-Brittannië uit. “Dit was het eerste duidelijke bewijs dat GN-z11 een zwart gat herbergt dat materie verslindt.”

Met behulp van Webb vond het team ook aanwijzingen voor de aanwezigheid van geïoniseerde chemische elementen die doorgaans worden waargenomen in de buurt van aangroeiende superzware zwarte gaten. Bovendien ontdekten ze zeer sterke winden die door de Melkweg werden uitgestoten. Deze snelle winden worden doorgaans aangedreven door processen die verband houden met het agressief aangroeien van superzware zwarte gaten.

“De NIRCam-webcam (bijna-infraroodcamera) onthulde een uitgebreide component, die het gaststelsel volgt, en een compacte centrale bron waarvan de kleuren overeenkomen met de kleuren van de accretieschijf rond het zwarte gat”, zegt onderzoeker Hannah Opler, eveneens van het onderzoeksteam. Cavendish Laboratorium en Kavli Instituut.

Alles bij elkaar laat dit bewijsmateriaal zien dat GN-z11 een superzwaar zwart gat met een massa van 2 miljoen zonsmassa herbergt in een zeer actieve fase van materieconsumptie, en daarom is het zo helder.

De oorspronkelijke gasmassa in de GN-z11-halo wekt de nieuwsgierigheid van onderzoekers

Een tweede team, ook geleid door Maiolino, gebruikte Webb's NIRSpec-instrument (nabij-infraroodspectrometer) om een ​​gasvormige klomp helium te vinden in de corona rond GN-z11.

“Het feit dat we niets anders zien dan helium suggereert dat deze massa redelijk zuiver moet zijn,” zei Maiolino. “Dit is iets wat op grond van theorie en simulaties in de buurt van bijzonder massieve sterrenstelsels uit deze tijdperken zou zijn verwacht – dat er in de halo nog ongerept gas zou achterblijven, en dat deze gebieden zouden kunnen instorten en Groep III-sterrenhopen zouden kunnen vormen.”

Het vinden van nog nooit eerder geziene sterren uit Groep III – de eerste generatie sterren die vrijwel geheel uit waterstof en helium bestaat – is een van de belangrijkste doelen van de moderne astrofysica. Er wordt verwacht dat deze sterren zeer massief, zeer helder en zeer heet zijn. Hun verwachte signatuur is de aanwezigheid van geïoniseerd helium en de afwezigheid van chemische elementen zwaarder dan helium.

De vorming van de eerste sterren en sterrenstelsels vertegenwoordigde een fundamentele overgang in de kosmische geschiedenis, toen het universum evolueerde van een donkere en relatief eenvoudige toestand naar de zeer georganiseerde en complexe omgeving die we vandaag de dag zien.

Bij toekomstige Webb-waarnemingen zullen Maiolino, Opler en hun team GN-z11 diepgaander onderzoeken, en hopen de argumenten voor sterren uit de derde groep die zich mogelijk in zijn halo vormen, te versterken.

de onderzoek Over het originele gasblok in Halo is GN-z11 geaccepteerd voor publicatie door Astronomie en astrofysica. De resultaten van het zwarte gatonderzoek van GN-z11 zijn in het tijdschrift gepubliceerd natuur Op 17 januari 2024. De gegevens zijn verzameld als onderdeel van de Advanced Deep Extragalactic Survey (JWST) (Jade), een gezamenlijk project tussen de NIRCam- en NIRSpec-teams.

De James Webb-ruimtetelescoop is 's werelds toonaangevende observatorium voor ruimtewetenschap. Webb lost de mysteries van ons zonnestelsel op, kijkt verder dan de verre werelden rond andere sterren en onderzoekt de mysterieuze structuren en oorsprong van ons universum en onze plaats daarin. WEB is een internationaal programma onder leiding van NASA en zijn partners, de European Space Agency (ESA).Europese Ruimtevaartorganisatie) en de Canadian Space Agency.