Badania przeprowadzone przez naukowców z Uniwersytetu Kansas wykazały, że aktywne jądra galaktyk są mniej powszechne niż wcześniej przypuszczano.
Odkrycia dokonane przy użyciu instrumentu Mid-Infrared Instrument (MIRI) na JWST sugerują, że nasz Wszechświat może być nieco bardziej stabilny niż wcześniej zakładano. Dodatkowo, ta praca dostarcza cennych informacji na temat obserwacji słabych galaktyk, ich właściwości oraz wyzwań związanych z identyfikacją aktywnych jąder galaktyk (AGN).
Nowy artykuł szczegółowo opisujący badania JWST został udostępniony 22 sierpnia 2023 roku na stronie arXiv przed formalną publikacją w The Astrophysical Journal.
Prace prowadzone pod kierownictwem Allison Kirkpatrick, adiunkt na wydziale fizyki i astronomii Uniwersytetu Kansas, skupiły się na długo badanej strefie kosmosu znanej jako Rozszerzony Obszar Grotha (Extended Groth Strip), która znajduje się pomiędzy konstelacjami Wielkiej Niedźwiedzicy i Wolarza. Jednak wcześniejsze badania tego obszaru opierały się na teleskopach kosmicznych mniej potężnej generacji.
Nasze obserwacje zostały przeprowadzone w czerwcu i grudniu ubiegłego roku, a naszym celem było zbadanie wyglądu galaktyk w okresie intensywnego formowania się gwiazd we Wszechświecie – powiedziała Kirkpatrick. To jest spojrzenie w przeszłość, sięgające od 7 do 10 miliardów lat temu. Skorzystaliśmy z instrumentu MIRI na JWST, aby przyjrzeć się pyłowi w galaktykach, które istniały 10 miliardów lat temu, i okazało się, że ten pył może ukrywać trwające procesy formowania się gwiazd oraz rozwijające się supermasywne czarne dziury. Przeprowadziłam więc pierwsze badania w celu odkrycia tych ukrywających się supermasywnych czarnych dziur w centrach tych galaktyk.
Podczas gdy w centrum każdej galaktyki znajduje się supermasywna czarna dziura, AGN są bardziej widowiskowymi zjawiskami, aktywnie wciągającymi gazy i wykazującymi niezwykłą jasność w porównaniu do typowych czarnych dziur.
Kirkpatrick i wielu innych astrofizyków spodziewało się, że badanie JWST o wyższej rozdzielczości zlokalizuje znacznie więcej AGN niż poprzednie badanie przeprowadzone za pomocą Kosmicznego Teleskopu Spitzera. Jednak nawet przy zwiększonej mocy i czułości MIRI, w nowym badaniu znaleziono niewiele dodatkowych aktywnych galaktyk.
Wyniki były zupełnie inne niż się spodziewałam, co było dla mnie pierwszym poważnym zaskoczeniem – powiedziała Kirkpatrick. Jednym z istotnych odkryć było brak szybko rosnących supermasywnych czarnych dziur. To odkrycie rodzi pytania dotyczące miejsca, w którym się znajdują te obiekty. Okazuje się, że te czarne dziury prawdopodobnie rosną wolniej niż wcześniej sądzono, co jest fascynujące, biorąc pod uwagę, że badane przez nas galaktyki przypominają naszą własną Drogę Mleczną w przeszłości. Poprzednie obserwacje za pomocą Spitzera pozwoliły nam badać tylko najjaśniejsze i najbardziej masywne galaktyki z szybko rosnącymi supermasywnymi czarnymi dziurami, co czyniło je łatwymi do wykrycia.
Kirkpatrick powiedziała, że ważną zagadką w astronomii jest zrozumienie, w jaki sposób typowe supermasywne czarne dziury, takie jak te znajdujące się w galaktykach takich jak Droga Mleczna, rosną i wpływają na swoją macierzystą galaktykę.
Wyniki badania sugerują, że te czarne dziury nie rosną szybko, pochłaniają ograniczoną ilość materii, co może oznaczać, że nie mają znaczącego wpływu na galaktyki, w których się znajdują – powiedziała Kirkpatrick. To odkrycie otwiera zupełnie nowe spojrzenie na wzrost czarnych dziur, ponieważ nasza obecna wiedza głównie opiera się na najbardziej masywnych czarnych dziurach w największych galaktykach, które mają znaczący wpływ na swoje galaktyki macierzyste, ale mniejsze czarne dziury w tych galaktykach prawdopodobnie takiego wpływu nie wywierają.
Innym zaskakującym wynikiem był brak pyłu w tych galaktykach, powiedziała astronom z Uniwersytetu Kansas.
Dzięki JWST możemy teraz zidentyfikować znacznie mniejsze galaktyki niż kiedykolwiek wcześniej, włączając w to galaktyki o wielkości porównywalnej do Drogi Mlecznej lub nawet mniejsze, co było niemożliwe wcześniej przy tak dużych przesunięciach ku czerwieni (kosmicznych odległościach) – powiedziała Kirkpatrick. Zazwyczaj najbardziej masywne galaktyki mają dużo pyłu, z uwagi na intensywne tempo formowania się gwiazd. Przewidywałam, że galaktyki o niższej masie również będą zawierać znaczne ilości pyłu, ale tak się jednak nie stało, co przeczyło moim oczekiwaniom i stanowi kolejne intrygujące odkrycie.
Według Kirkpatrick, badanie to zmienia nasze rozumienie procesu wzrostu galaktyk, zwłaszcza w odniesieniu do Drogi Mlecznej.
Nasza czarna dziura wydaje się być dość spokojna i nie wykazuje dużej aktywności – powiedziała Kirkpatrick. Jednym z istotnych pytań dotyczących Drogi Mlecznej jest to, czy kiedykolwiek była ona aktywna. Jeśli większość galaktyk podobnych do naszej nie wykazuje wykrywalnych AGN, może to sugerować, że nasza czarna dziura nigdy wcześniej nie była aktywna. Ostatecznie, ta wiedza pomoże nam ograniczyć i zmierzyć masy czarnych dziur, które nadal pozostają nierozwikłanym zagadnieniem.
Kirkpatrick uzyskała ostatnio dużo nowego czasu na JWST, aby za pomocą MIRI przeprowadzić większy przegląd Rozszerzonego Obszaru Grotha. Jej obecna praca obejmowała około 400 galaktyk. Jej nadchodzące badanie (MEGA: MIRI EGS Galaxy and AGN survey) obejmie około 5000 galaktyk. Prace zaplanowano na styczeń 2024 roku.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- James Webb Space Telescope Survey Reveals Fewer Supermassive Black Holes Presumed
- CEERS Key Paper VII: JWST/MIRI Reveals a Faint Population of Galaxies at Cosmic Noon Unseen by Spitzer
Źródło: Kansas University
Na ilustracji: Ilustracja aktywnego jądra galaktyki. Źródło: ESA/NASA/AVO/Paolo Padovani
