Cosa è successo a tutti i buchi neri supermassicci? Gli astronomi sono rimasti sorpresi dai dati di Webb

Telescopio spaziale James Webb L’indagine rivela meno buchi neri supermassicci di quanto ipotizzato

Un’indagine dell’Università del Kansas su una fascia dell’universo utilizzando il telescopio spaziale James Webb ha rivelato nuclei galattici attivi – buchi neri supermassicci che stanno rapidamente aumentando di dimensioni – che sono più rari di quanto molti astronomi avevano precedentemente ipotizzato.

I risultati, effettuati con il Medium Infrared Instrument (MIRI) di JWST, suggeriscono che il nostro universo potrebbe essere un po’ più stabile di quanto ipotizzato. Il lavoro fornisce anche informazioni dettagliate sulle osservazioni delle galassie deboli, sulle loro proprietà e sulle sfide nella definizione degli AGN.

Dettagli dello studio

Un nuovo documento che descrive in dettaglio la ricerca JWST, condotta sotto gli auspici del programma Cosmic Evolutionary Early Release Science (CEERS), è stato recentemente reso disponibile all’indirizzo arXiv Prima della pubblicazione della peer review ufficiale in IL Giornale astrofisico.

Il lavoro, diretto da Alison Kirkpatrick, assistente professore di fisica e astronomia all’Università del Kuwait, si è concentrato su una regione dell’universo a lungo studiata chiamata Groth Bar, che si trova tra le costellazioni dell’Orsa Maggiore e di Boötes. Tuttavia, gli esami precedenti della regione si basavano su una generazione meno potente di telescopi spaziali.

“Le nostre osservazioni sono state effettuate lo scorso giugno e dicembre e miravamo a descrivere come apparivano le galassie durante il picco della formazione stellare nell’universo”, ha detto Kirkpatrick. “Questo è uno sguardo indietro nel tempo, da 7 a 10 miliardi di anni nel passato. Abbiamo usato lo strumento nel medio infrarosso del telescopio spaziale James Webb per osservare la polvere nelle galassie che esistevano 10 miliardi di anni nel passato, e questa polvere può mascherare il processo di formazione di stelle persistenti e può nascondere buchi neri supermassicci in crescita. Così ho condotto la prima indagine per cercare questi buchi neri supermassicci in agguato nei centri di queste galassie.

Mostriamo il MIRI che indica 1 (pannello di destra) insieme alle osservazioni di Spitzer/IRAC (al centro) e MIPS (a sinistra)
Stessa zona. Le aperture mostrano la posizione delle sorgenti rilevate in ciascuna immagine (solo regione MIRI). Per MIPS (IRAC)
Nell’immagine, i fori misurano 6 pollici (2 pollici), che corrispondono alla dimensione del raggio del dispositivo. Nell’immagine IRAC, il blu corrisponde al canale
1 (3,6 µm), il verde corrisponde al canale 2 (4,5 µm) e il rosso corrisponde al canale 3 (5,8 µm). Nell’immagine MIRI, il filtro da 770 W è blu, l’F1000W è verde e l’F1280W è rosso. Credito: Kirkpatrick et al., arXiv:2308.09750

Risultati e implicazioni

Mentre ogni galassia è caratterizzata dalla presenza di una massa massiccia Buco nero E nel mezzo ci sono i nuclei attivi più eccitanti, che sono perturbazioni più eccitanti che attraggono il gas e mostrano una luminosità assente dai tipici buchi neri.

Kirkpatrick e diversi colleghi astrofisici avevano predetto che l’indagine ad alta risoluzione del telescopio spaziale James Webb avrebbe individuato molte più galassie attive rispetto alla precedente indagine con il telescopio spaziale Spitzer. Tuttavia, anche con l’aumento di potenza e sensibilità del MIRI, nella nuova indagine sono stati rilevati alcuni AGN aggiuntivi.

“I risultati sembravano completamente diversi da quello che mi aspettavo, il che ha portato alla mia prima grande sorpresa”, ha detto Kirkpatrick. “Una delle scoperte più importanti è stata la rarità dei buchi neri supermassicci in rapida crescita. Questa scoperta ha sollevato dubbi su dove potrebbero essere localizzati questi oggetti. A quanto pare, questi buchi neri probabilmente cresceranno a un ritmo più lento di quanto si pensasse in precedenza, il che è interessante, dato che le galassie che ho esaminato sono simili alla nostra. via Lattea dal passato. Precedenti osservazioni con Spitzer ci hanno permesso di studiare galassie più luminose e massicce che contengono buchi neri supermassicci in rapida crescita, rendendole più facili da individuare.

Un importante enigma in astronomia, ha detto Kirkpatrick, è capire come i tipici buchi neri supermassicci, come quelli che si trovano in galassie come la Via Lattea, crescono e influenzano la galassia che li ospita.

Ha detto: “I risultati dello studio indicano che questi buchi neri non crescono rapidamente, assorbono materiale limitato e potrebbero non influenzare in modo significativo le galassie che li ospitano”. “Questa scoperta apre una prospettiva completamente nuova sulla crescita dei buchi neri poiché la nostra attuale comprensione si basa in gran parte sul fatto che i buchi neri più massicci nelle galassie più grandi hanno grandi effetti sui loro ospiti, ma è probabile che i buchi neri più piccoli in queste galassie avere un impatto significativo.” NO.”

Gli ingegneri hanno lavorato meticolosamente per impiantare lo strumento a infrarosso medio ISIM del James Webb Space Telescope, o Integrated Science Instrument Module, nella camera bianca del Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, nel Maryland, il 29 aprile 2013. Come successore della sonda del telescopio spaziale Hubble della NASA , sarà Il telescopio Webb è il telescopio spaziale più potente mai costruito. Osserverà gli oggetti più distanti nell’universo, fornirà immagini delle prime galassie che si formarono e vedrà pianeti inesplorati in orbita attorno a stelle distanti.

Un’altra scoperta sorprendente, ha detto l’astronomo dell’Università del Kuwait, è l’assenza di polvere in queste galassie.

“Con il telescopio spaziale James Webb, possiamo identificare galassie molto più piccole che mai, comprese quelle grandi quanto la Via Lattea o anche più piccole, cosa che prima era impossibile a questi spostamenti verso il rosso (distanze cosmiche)”, ha detto Kirkpatrick. “In genere, le galassie più massicce contengono abbondante polvere a causa dei rapidi tassi di formazione stellare. Avevo supposto che anche le galassie di massa inferiore contenessero grandi quantità di polvere, ma non è così, il che sfida le mie aspettative e fa un’altra scoperta interessante.

Secondo Kirkpatrick, questo lavoro cambia la comprensione di come crescono le galassie, soprattutto in relazione alla Via Lattea.

“Il nostro buco nero sembra essere completamente calmo, senza mostrare molta attività”, ha detto. “Una delle domande importanti riguardanti la Via Lattea è se sia attiva o se abbia attraversato una fase AGN. Se la maggior parte delle galassie, come la nostra, non hanno AGN rilevabili, ciò potrebbe significare che il nostro buco nero non era più attivo in passato. In definitiva, questa conoscenza aiuterà a limitare e misurare le masse dei buchi neri e a far luce sulle origini della crescita dei buchi neri, che rimangono una domanda senza risposta.

Riferimento: “CEERS Principal Paper VII: JWST/MIRI Reveals Few Galaxies in Cosmic Noon Unseen by Spitzer” di Allison Kirkpatrick, Guang Yang, Aurelian Le Bell, Greg Troiani, Eric F Bell, Nico J. Cleary, David Elbaz, Stephen L. FinkelsteinNimish B. Hathi, Michaela Hirschmann, Ben W. Holwerda, Dale D. KoszewskiRay A. Lucas, Jade McKinney, Casey Babovic, Pablo J. Perez Gonzalez, Alexandre de la Vega, Michaela B. Bagley, Emmanuel Daddy, Mark Dickinson, Henry C. Ferguson, Adriano Fontana, Andrea Grazian, Norman A. Grosjean, Pablo Arrabal Haro, Jehan S. Kartaltepe, Lisa J. Kelly, Anthony M. CookmuirJennifer M. Lutz, Laura Pinterici, Noor Birzkal, Swara Ravindranath, Rachel S. Somerville, Jonathan R. Trump, Stephen M. Wilkins, L.A., Aaron Young, presentatore. Giornale astrofisico.
arXiv:2308.09750

A Kirkpatrick è stato recentemente assegnato un nuovo incarico da senior presso JWST per condurre un’indagine sul campo più ampia della striscia di crescita estesa utilizzando MIRI. Il suo attuale articolo includeva circa 400 galassie. La sua prossima indagine (MEGA: MIRI EGS Galaxy e AGN Survey) includerà circa 5.000 galassie. L’inizio dei lavori è previsto per gennaio 2024.