Het eerste superzware zwarte gat ooit ontdekt: ScienceAlert

Een object dat op de loer ligt in de wazige dageraad van het universum heeft astronomen voor een grote verrassing gebracht.

Waarnemingen verzameld met de James Webb Space Telescope hebben het bestaan ​​onthuld van een actief superzwaar zwart gat met een massa van 10 miljoen keer de massa van de zon – een zwart gat dat actief groeit terwijl het materie uit de ruimte eromheen opslokt.

Slechts 570 miljoen jaar na de oerknal is dit het eerste superzware zwarte gat dat tot nu toe is ontdekt, hoewel wetenschappers hopen dat het niet lang recordhouder zal blijven.

Het zwarte gat is gevonden in een van de oudste sterrenstelsels ooit ontdekt, voorheen bekend als EGSY8p7, hoewel het sindsdien is omgedoopt tot CEERS_1019. De ontdekking ervan zou kunnen helpen bij een van de grootste hoofdbrekers in het vroege universum: hoe de zwarte gaten van de kosmische dageraad in zo’n korte tijd zo groot werden.

Er is een paper overhandigd aan de ontdekking onder leiding van astrofysicus Rebecca Larson van de Universiteit van Texas in Austin Astrofysisch tijdschriften is beschikbaar op een prepress-server arXiv.

“We hebben de verst verwijderde actieve galactische kern (AGN) gevonden, het verst verwijderde en het dichtstbijzijnde zwarte gat dat we ooit hebben gevonden”, vertelt Larson aan ScienceAlert.

Larson was beginnend Ze kijkt naar CEERS_1019 als onderdeel van haar onderzoek naar het licht dat wordt geproduceerd door stervorming in het zeer vroege heelal. Aangenomen wordt dat dit licht, de Lyman-alfa-emissie genoemd, het resultaat is van de ionisatie van neutrale waterstof door stervorming. Het vroege universum was gevuld met een waas van neutrale waterstof, waardoor het licht zich niet kon verspreiden; Pas nadat deze waterstof is geïoniseerd, kan het licht vrij stromen.

Dit tijdperk van herionisatie, zoals het bekend is, wordt niet volledig begrepen. We weten dat het gebeurde in de eerste miljard jaar na de oerknal, 13,8 miljard jaar geleden, maar om dat zo ver weg in het vroege heelal te zien, is echt moeilijk. CEERS_1019 en een handvol zeer vroege sterrenstelsels zijn uitstekende doelen voor deze zoektocht, omdat ze relatief helder zijn.

het was een melkwegstelsel geïdentificeerd in Hubble-gegevens in 2015In die tijd was het het oudste en meest verre sterrenstelsel ooit waargenomen. Latere waarnemingen hebben het bestaan ​​ervan bevestigd, maar meer gedetailleerde informatie is ongrijpbaar gebleven: het oudste licht in het universum is zo ver verschoven naar het infrarode deel van het spectrum als gevolg van de uitdijing van het universum dat een krachtig, speciaal infraroodinstrument zoals JWST is geworden nodig om te verkennen.

Dus toen JWST verscheen, was CEERS_1019 – het helderste Hubble-sterrenstelsel van dit tijdperk – een voor de hand liggend doelwit. De telescoop staarde slechts een uur naar het sterrenstelsel, met alle vier de instrumenten aan, maar hij leverde een schat aan gegevens op.

“Op het moment dat ik zoiets had van, kijk naar alles wat we kunnen zien met JWST, hebben we dit hele deel van het spectrum van dit sterrenstelsel gezien – en alle sterrenstelsels vroeg in het universum – dat we nog niet eerder hebben gezien,” Larson vertelt ScienceAlert. “Ik werd overweldigd door de hoeveelheid informatie.”

Maar toen merkte ze iets op wat ze niet helemaal verwachtte. Naast stervormingslicht was er een brede emissiekarakteristiek die gewoonlijk wordt geassocieerd met actieve galactische kernen. En toen ik het aan enkele van de AGN-onderzoekers vertelde, begon het interessant te worden.

Doorgaans zendt een sterrenstelsel in het vroege heelal ofwel licht uit van actieve galactische kernen of licht van stervorming. Het was heel onverwacht om ze allebei in hetzelfde sterrenstelsel te zien.

“Ik was net zo verrast als iedereen”, zegt Larson. “We hebben deze hele discussie al weken gehad over welke het zou moeten zijn, het zou het een of het ander moeten zijn. En het blijkt dat het beide is. Er is een effect dat het zwarte gat heeft op de emissielijnen die we zien , maar het meeste licht dat we in onze afbeeldingen zien, is nog steeds. Het wordt gedomineerd door het stervormende deel van de melkweg.

Er was een superzwaar zwart gat Meer dan 13,2 miljard jaar geledenEn het heeft groei gezien, niet zo verrassend als je zou denken. In het vroege heelal zijn veel grotere zwarte gaten ontdekt. J1342 + 0928, het quasarstelsel dat 690 miljoen jaar na de oerknal werd ontdekt, heeft een superzwaar zwart gat zo groot als 800 miljoen zonnen. zwart gat erin J0313-1806670 miljoen jaar na de oerknal, gemeten op 1,6 miljard zonnen.

Elk van deze quasars wordt gedomineerd door AGN-emissie. Larsson en haar collega’s geloven dat wat CEERS_1019 vertegenwoordigt een tussenstap is: een punt tussen latere en grotere sterrenstelsels die worden gedomineerd door AGN’s, en hoe die sterrenstelsels en hun zwarte gaten zich in de eerste plaats begonnen te vormen.

“We wisten niet en weten nog steeds niet hoe de zwarte gaten in die sterrenstelsels zo massief werden, vroeg in het universum”, legt Larson uit.

“Wat we hebben gevonden, is wat we denken dat de voorloper zou kunnen zijn of het ding dat uitgroeide tot deze ongelooflijk massieve quasars.”

Kijkend naar het superzware zwarte gat in CEERS_1019, denken onderzoekers dat het object is ontstaan ​​door het instorten van een enorm object, zoals een van de eerste sterren in het universum. Deze sterren waren veel massiever dan de sterren om ons heen vandaag, dus het resulterende zwarte gat van zo’n instorting zou op weg zijn geweest om superzwaar te worden.

Maar het zal nog een kleine boost nodig hebben. Dit kan de vorm hebben van periodieke Eddington-superaccumulatie. De limiet van Eddington is de maximale aanhoudende snelheid waarmee zwarte gaten kunnen groeien. Materie draait om een ​​zwart gat in een schijf en stroomt het zwarte gat binnen als water in een goot. Als de materie de Eddington-limiet overschrijdt, beweegt ze zo snel dat ze in plaats van in een baan om het zwarte gat te draaien, de ruimte in vliegt. Eddington’s superaccumulatie is alleen mogelijk voor korte perioden; Maar volgens de modellen van het team zou dat mogelijk zijn geweest in de uitbarstingen die het zwarte gat in het centrum van CEERS_1019 hielpen groeien.

Maar de beste manier om er meer over te weten te komen, is door meer tussenliggende sterrenstelsels te vinden, en dat lijkt zeer haalbaar. Zoals Larson opmerkt, kwamen de resultaten voort uit slechts één uur observatie. Verwacht wordt dat echt diepe waarnemingen verder weg gelegen en zwakkere sterrenstelsels zullen onthullen die ons uiteindelijk zullen helpen begrijpen hoe het universum is ontstaan ​​en hoe het is gegroeid.

“Ik denk niet dat mijn plaat lang stand zal houden”, zegt Larson. “En ik hoop van niet, want ik vind het nog spannender dat we deze vragen beginnen te beantwoorden.”

De zoekopdracht is ingediend bij Astrofysisch tijdschriften is verkrijgbaar bij arXiv.