Dwa zespoły korzystające z JWST zbadały wyjątkowo jasną galaktykę, która istniała, gdy Wszechświat miał zaledwie 430 milionów lat.
Spełniając obietnicę zmiany naszego rozumienia wczesnego Wszechświata, Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba bada galaktyki bliskie zarania dziejów. Jedną z nich jest wyjątkowo jasna galaktyka GN-z11, która istniała, gdy Wszechświat miał zaledwie ułamek swojego obecnego wieku. Początkowo wykryta przez Kosmiczny Teleskop Hubble’a, jest jedną z najmłodszych i najodleglejszych galaktyk, jakie kiedykolwiek zaobserwowano, a także jedną z najbardziej zagadkowych. Dlaczego jest tak jasna? Wygląda na to, że Webb znalazł odpowiedź.
Zespół badający GN-z11 za pomocą Webba znalazł pierwszy wyraźny dowód na to, że galaktyka posiada centralną supermasywną czarną dziurę, która szybko gromadzi materię. Ich odkrycie sprawia, że jest to najbardziej odległa supermasywna czarna dziura, jaką do tej pory zaobserwowano.
Znaleźliśmy niezwykle gęsty gaz, który jest powszechny w pobliżu supermasywnych czarnych dziur akreujących materię – powiedział główny badacz Roberto Maiolino z Laboratorium Cavendisha i Instytutu Kosmologii Kavli na Uniwersytecie Cambridge w Wielkiej Brytanii. Były to pierwsze wyraźne oznaki, że GN-z11 posiada supermasywną czarną dziurę, która pochłania materię.
Korzystając z Webba, zespół znalazł również oznaki zjonizowanych pierwiastków chemicznych zwykle obserwowanych w pobliżu akreujących supermasywnych czarnych dziur. Ponadto odkryto, że galaktyka wyrzuca bardzo silny wiatr. Takie wiatry o dużej prędkości są zwykle napędzane przez procesy związane z energicznie akreującymi supermasywnymi czarnymi dziurami.
Kamera NIRCam Webba ujawniła rozszerzony składnik śledzący galaktykę macierzystą oraz centralne, zwarte źródło, którego kolory są zgodne z barwą dysku akrecyjnego otaczającego czarną dziurę – powiedziała prowadząca badania Hannah Übler, również z Laboratorium Cavendisha i Instytutu Kavli.
Wszystkie te dowody wskazują, że GN-z11 posiada supermasywną czarną dziurę o masie dwóch milionów mas Słońca, która znajduje się w bardzo aktywnej fazie pochłaniania materii i dlatego jest tak jasna.
Drugi zespół, również kierowany przez Maiolino, użył spektrografu NIRSpec Webba do znalezienia gazowego skupiska helu w halo otaczający GN-z11.
Fakt, że nie widzimy niczego poza helem sugeruje, że ta grudka musi być dość dziewicza – powiedział Roberto. Jest to coś, czego oczekiwano w teorii i symulacjach w pobliżu szczególnie masywnych galaktykach z tych epok – że w halo powinny przetrwać kieszenie nieskazitelnego gazu, które mogą zapaść się i utworzyć gromady gwiazd III populacji.
Znalezienie dotychczas niezbadanych gwiazd III populacji – pierwszej generacji gwiazd uformowanych niemal w całości z wodoru i helu – jest jednym z najważniejszych celów współczesnej astrofizyki. Przewiduje się, że gwiazdy te będą bardzo masywne, bardzo jasne i bardzo gorące. Ich znakiem rozpoznawczym będzie obecność zjonizowanego helu i brak pierwiastków chemicznych cięższych od helu.
Formowanie się pierwszych gwiazd i galaktyk oznacza fundamentalną zmianę w historii kosmosu, podczas której Wszechświat ewoluował z ciemnego i stosunkowo prostego stanu do wysoce ustrukturyzowanego i złożonego środowiska, które widzimy dzisiaj.
W przyszłych obserwacjach Webba, Roberto, Hannah i ich zespół zbadają GN-z11 bardziej szczegółowo i mają nadzieję wzmocnić argumenty przemawiające za gwiazdami III populacji, które mogą formować się w halo.
Badania dziewiczego skupiska gazu w halo GN-z11 zostały zaakceptowane do publikacji w czasopiśmie Astronomy and Astrophysics. Wyniki badań czarnej dziury GN-z11 zostały opublikowane w czasopiśmie Nature 17 stycznia 2024 roku.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- Webb unlocks secrets of primeval galaxy
- A small and vigorous black hole in the early Universe
- JWST-JADES. Possible Population III signatures at z=10.6 in the halo of GN-z11
Źródło: ESA
Na ilustracji: Zdjęcie części pola galaktyk GOODS-North. W prawym dolnym rogu powiększenie ukazuje galaktykę GN-z11. Źródło: NASA, ESA, CSA, B. Robertson (UC Santa Cruz), B. Johnson (CfA), S. Tacchella (Cambridge), M. Rieke (University of Arizona), D. Eisenstein (CfA)
