• Một dấu hiệu chính cho thấy khối lượng siêu lớn đang tăng lên Hố đen – Phát xạ tia X – được tìm thấy ở một thiên hà rất xa.
• Thiên hà này, UHZ1, nằm cách chúng ta 13,2 tỷ năm ánh sáng và được quan sát thấy khi vũ trụ chỉ mới bằng 3% so với tuổi hiện tại của nó.
• NASAĐài quan sát tia X Chandra và Kính viễn vọng Không gian James Webb Họ đã kết hợp nỗ lực của mình để thực hiện khám phá này.
• Đây là bằng chứng tốt nhất cho đến nay cho thấy một số lỗ đen ban đầu được hình thành từ những đám mây khí khổng lồ.

Kính viễn vọng của NASA phát hiện một lỗ đen phá kỷ lục

Hình ảnh này cho thấy lỗ đen xa nhất từng được xác định thông qua tia X, có khả năng làm sáng tỏ sự hình thành của các lỗ đen siêu lớn lâu đời nhất trong vũ trụ. Khám phá này được thực hiện bằng cách sử dụng tia X từ Đài quan sát tia X Chandra của NASA (thể hiện bằng màu tím) và dữ liệu hồng ngoại từ Kính viễn vọng Không gian James Webb (thể hiện bằng màu đỏ, lục và lam).

Khoảng cách và ghi chú của Hungary

Lỗ đen cực xa trong thiên hà UHZ1 nằm ở hướng của cụm thiên hà Abell 2744. Cụm thiên hà cách Trái đất khoảng 3,5 tỷ năm ánh sáng. Tuy nhiên, dữ liệu của Webb tiết lộ rằng UHZ1 ở xa hơn nhiều so với Abell 2744. Ở khoảng cách khoảng 13,2 tỷ năm ánh sáng, UHZ1 có thể được nhìn thấy khi vũ trụ chỉ mới bằng 3% tuổi hiện tại của nó.

Thấu kính hấp dẫn và phát hiện tia X

Sử dụng hơn hai tuần quan sát từ Chandra, các nhà nghiên cứu có thể phát hiện sự phát xạ tia X từ UHZ1, một dấu hiệu cho thấy sự hiện diện của một lỗ đen siêu lớn đang phát triển ở trung tâm thiên hà. Tín hiệu tia X yếu đến mức Chandra chỉ có thể phát hiện ra nó – ngay cả khi quan sát lâu như vậy – do một hiện tượng được gọi là thấu kính hấp dẫn đã tăng cường tín hiệu lên gấp bốn lần.

Kỹ thuật hình ảnh và định hướng

Phần màu tím của hình ảnh cho thấy tia X phát ra từ lượng lớn khí nóng trong Abell 2744. Hình ảnh hồng ngoại cho thấy hàng trăm thiên hà trong cụm, cùng với một vài ngôi sao ở phía trước. Các phần chèn được mở rộng đến một vùng nhỏ tập trung quanh UHZ1. Vật thể nhỏ trong hình ảnh trên web là thiên hà xa xôi UHZ1 và trung tâm của hình ảnh Chandra cho thấy tia X phát ra từ vật chất ở gần lỗ đen siêu lớn ở giữa UHZ1. Kích thước lớn của nguồn tia X so với góc nhìn hồng ngoại của thiên hà là do nó đại diện cho thể tích nhỏ nhất mà Chandra có thể phân giải. Tia X thực sự đến từ một vùng nhỏ hơn nhiều của thiên hà.

Việc làm mịn khác nhau được áp dụng cho hình ảnh Chandra toàn trường và hình ảnh Chandra cận cảnh. Việc làm mịn được thực hiện trên nhiều pixel của hình ảnh lớn, để làm nổi bật phát xạ cụm mờ, tuy nhiên không hiển thị các nguồn điểm tia X mờ như UHZ1. Độ làm mịn kém hơn nhiều được áp dụng cho hình ảnh cận cảnh để xuất hiện các nguồn tia X mờ. Hình ảnh được định hướng sao cho hướng bắc hướng 42,5 độ về bên phải theo chiều dọc.

Tầm quan trọng của việc khám phá

Khám phá này rất quan trọng để hiểu làm thế nào một số lỗ đen siêu lớn – những lỗ đen chứa tới hàng tỷ khối lượng mặt trời và được tìm thấy ở trung tâm các thiên hà – có thể đạt tới khối lượng khổng lồ ngay sau Vụ nổ lớn. Có phải chúng được hình thành trực tiếp từ sự sụp đổ của những đám mây khí khổng lồ, tạo ra những lỗ đen nặng từ mười nghìn đến một trăm nghìn mặt trời? Hay nó đến từ vụ nổ của những ngôi sao đầu tiên tạo ra những hố đen có khối lượng chỉ bằng khoảng mười đến một trăm mặt trời?

Kết quả nghiên cứu và ý nghĩa lý thuyết

Nhóm các nhà thiên văn học đã tìm thấy bằng chứng thuyết phục cho thấy lỗ đen mới được phát hiện ở UHZ1 sinh ra đã có khối lượng khổng lồ. Họ ước tính khối lượng của nó vào khoảng từ 10 đến 100 triệu mặt trời, dựa trên độ sáng và năng lượng của tia X. Phạm vi khối lượng này tương tự như phạm vi khối lượng của tất cả các ngôi sao trong thiên hà nơi chúng sinh sống, trái ngược hoàn toàn với các lỗ đen ở trung tâm các thiên hà trong vũ trụ gần đó thường chỉ chứa khoảng 1/10 khối lượng của chính chúng. . Lưu trữ các ngôi sao thiên hà.

Khối lượng lớn của lỗ đen khi còn trẻ, cũng như lượng tia X mà nó phát ra và độ sáng của thiên hà Webb được phát hiện, đều phù hợp với dự đoán lý thuyết năm 2017 về một “lỗ đen siêu lớn” hình thành trực tiếp từ Thiên hà. Sự sụp đổ của một đám mây khí khổng lồ.

Nghiên cứu và hợp tác liên tục

Các nhà nghiên cứu có kế hoạch sử dụng những kết quả này và các kết quả khác phát trực tuyến từ Webb và những kết quả thu thập dữ liệu từ các kính thiên văn khác để hoàn thiện bức tranh lớn hơn về vũ trụ sơ khai.

Bài viết mô tả kết quả xuất hiện trong Thiên văn học thiên nhiên. Các tác giả bao gồm Akos Bogdan (Trung tâm Vật lý thiên văn | Harvard và Smithsonian), Andy Golding (Trường Đại học Princeton), Priyamvada Natarajan (đại học Yale), Ursolya Kovacs (Đại học Masaryk, Cộng hòa Séc), Grant Tremblay (CFA), Urmila Chadayamuri (CfA), Marta Volontaire (Institut de Astrophysical de Paris, France), Ralph Kraft (CfA), William Fuhrmann (CfA), Christine Jones (CfA), Eugene Chorazov (Viện Vật lý thiên văn Max Planck, Đức) và Irina Zhuravleva (Đại học Chicago).

Dữ liệu Webb được sử dụng trong cả hai nghiên cứu là một phần của cuộc khảo sát có tên Quan sát Ultradeep Nirspec và nirCam trước kỷ nguyên tái sinh (UNCOVER). Bài báo, dẫn đầu bởi thành viên nhóm UNCOVER Andy Golding, xuất hiện trong Thư tạp chí vật lý thiên văn. Đồng tác giả bao gồm các thành viên khác của nhóm UNCOVER, cũng như Bogdan và Natarajan. Một bài viết giải thích chi tiết so sánh các đặc tính quan sát được của UHZ1 với các mô hình lý thuyết về các thiên hà lỗ đen khổng lồ hiện đang được xem xét và đã có bản in trước. đây.

Người giới thiệu:

“Bằng chứng về nguồn gốc của hạt giống nặng cho các lỗ đen siêu lớn ban đầu từ chuẩn tinh tia X az ≈ 10” của Akos Bogdan, Andy D. Golding, Priyamvada Natarajan, Ursulia E. Kovacs, Grant R. Tremblay, Urmila Chadayamuri, Marta Volontiri , Ralph P. Kraft, William R. . Forman, Christine Jones, Eugene Chorazov và Irina Zhuravleva, ngày 6 tháng 11 năm 2023, Thiên văn học thiên nhiên.
doi: 10.1038/s41550-023-02111-9

“Khám phá: Sự phát triển của các lỗ đen khổng lồ đầu tiên từ JWST/NIRSpec – Xác nhận dịch chuyển đỏ quang phổ của AGN được chiếu sáng bằng tia X ở z = 10,1” của Andy D. Golding và Jenny E. Green và David J. Seaton, Ivo Lappé, Rachel Bezançon, Tim B. Miller, Hakim Atiq, Akos Bogdan, Gabriel Brammer, Iryna Chemerinska, Sam E. Cutler, Pratika Dayal, Yoshinobu Fudamoto, Seiji Fujimoto, Lukas J. Furtak, Vasiliy Kokorev, Gaurav Khullar, Joel Leja, Danilo Marchesini, Priyamvada Natarajan, Erika Nelson, Pascal A. Oish, Richard Pan, Casey Papovich, Sedona H. Price, Peter van Dokkum, Benjie Wang, 冰洁王, John R. Thợ dệt, Catherine E. Whitaker và Adi Zittrain, ngày 22 tháng 9 năm 2023, Thư tạp chí vật lý thiên văn.
doi: 10.3847/2041-8213/acf7c5

Trung tâm bay không gian Marshall của NASA quản lý chương trình Chandra. Trung tâm Tia X Chandra của Đài thiên văn Vật lý Smithsonian kiểm soát các hoạt động khoa học từ Cambridge, Massachusetts và các hoạt động bay từ Burlington, Massachusetts.

Kính viễn vọng Không gian James Webb là đài quan sát khoa học vũ trụ hàng đầu thế giới. Webb sẽ giải quyết những bí ẩn trong hệ mặt trời của chúng ta, nhìn xa hơn các thế giới xa xôi xung quanh các ngôi sao khác và khám phá cấu trúc và nguồn gốc bí ẩn của vũ trụ cũng như vị trí của chúng ta trong đó. WEB là một chương trình quốc tế do NASA dẫn đầu cùng với các đối tác là Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA).Cơ quan Vũ trụ Châu Âu) và Cơ quan Vũ trụ Canada.