La NASA scopre un buco nero supermassiccio da record a oltre 13 miliardi di anni luce di distanza

Gli astronomi hanno scoperto il buco nero più lontano mai osservato con i raggi X, situato nella galassia UHZ1, a più di 13 miliardi di anni luce di distanza. Utilizzando i dati dell’Osservatorio a raggi X Chandra e del telescopio spaziale James Webb, i risultati suggeriscono che il buco nero era massiccio alla nascita, sfidando le attuali teorie sui buchi neri supermassicci nell’universo primordiale. Credito: NASA

• Un importante indicatore della crescita della massa supermassiccia Buco nero – Emissione di raggi X – trovata in una galassia molto, molto lontana.
• Questa galassia, UHZ1, si trova a 13,2 miliardi di anni luce di distanza ed è stata osservata quando l’universo aveva solo il 3% della sua età attuale.
• NASAOsservatorio a raggi X Chandra e Telescopio spaziale James Webb Hanno unito i loro sforzi per fare questa scoperta.
• Questa è la prova migliore che alcuni dei primi buchi neri si siano formati da enormi nubi di gas.

Gli astronomi hanno scoperto il buco nero più distante mai rilevato nei raggi X (in una galassia chiamata UHZ1) utilizzando i telescopi spaziali Chandra e Webb. L’emissione di raggi X è un chiaro segno della presenza di un buco nero supermassiccio. Questo risultato potrebbe spiegare come si sono formati alcuni dei primi buchi neri supermassicci nell’universo. Queste immagini mostrano l’ammasso di galassie Abell 2744 dietro UHZ1, nei raggi X di Chandra e nei dati infrarossi di Webb, nonché primi piani della galassia ospite del buco nero UHZ1. Fonte: raggi X: NASA/CXC/SAO/Ákos Bogdán; Infrarossi: NASA/ESA/CSA/STScI; Elaborazione delle immagini: NASA/CXC/SAO/L. Fratari e K. Arcand

I telescopi della NASA scoprono un buco nero da record

Questa immagine rivela il buco nero più distante mai identificato attraverso i raggi X, facendo potenzialmente luce sulla formazione dei buchi neri supermassicci più antichi dell’universo. La scoperta è stata fatta utilizzando i raggi X dell’Osservatorio a raggi X Chandra della NASA (mostrato in viola) e i dati infrarossi del telescopio spaziale James Webb (mostrato in rosso, verde e blu).

Distanze e note ungheresi

Il buco nero estremamente distante nella galassia UHZ1 si trova in direzione dell’ammasso galattico Abell 2744. L’ammasso galattico si trova a circa 3,5 miliardi di anni luce dalla Terra. Tuttavia, i dati di Webb rivelano che UHZ1 è molto più lontano di Abell 2744. A circa 13,2 miliardi di anni luce di distanza, UHZ1 poteva essere visto quando l’universo aveva solo il 3% della sua età attuale.

Lente gravitazionale e rilevamento dei raggi X

Utilizzando più di due settimane di osservazioni da Chandra, i ricercatori sono stati in grado di rilevare l’emissione di raggi X da UHZ1, un’indicazione della presenza di un buco nero supermassiccio che cresce al centro della galassia. Il segnale dei raggi X è così debole che Chandra è riuscito a rilevarlo, anche dopo un’osservazione così lunga, solo a causa di un fenomeno noto come lente gravitazionale che ha amplificato il segnale di un fattore quattro.

Tecniche di imaging e orientamento

Le parti viola dell’immagine mostrano i raggi X provenienti da grandi quantità di gas caldo in Abell 2744. L’immagine a infrarossi mostra centinaia di galassie nell’ammasso, insieme ad alcune stelle in primo piano. Gli inserti vengono ingranditi in una piccola regione centrata attorno a UHZ1. Il piccolo oggetto nell’immagine web è la lontana galassia UHZ1 e il centro dell’immagine Chandra mostra i raggi X provenienti dal materiale vicino al buco nero supermassiccio nel mezzo di UHZ1. Le grandi dimensioni della sorgente di raggi X rispetto alla visione infrarossa della galassia sono dovute al fatto che rappresenta il volume più piccolo che Chandra può risolvere. I raggi X provengono in realtà da una regione molto più piccola della galassia.

È stata applicata una smussatura diversa all’immagine di Chandra a tutto campo e all’immagine di Chandra in primo piano. Lo smussamento è stato eseguito su molti pixel dell’immagine grande, per evidenziare la debole emissione di cluster, a scapito di non mostrare deboli sorgenti puntiformi di raggi X come UHZ1. All’immagine in primo piano è stata applicata una smussatura molto inferiore in modo da far apparire deboli sorgenti di raggi X. L’immagine è orientata in modo che il nord punti a 42,5 gradi a destra della verticale.

Illustrazione: un buco nero pesante formato dal collasso diretto di un’enorme nube di gas. Fonte immagine: NASA/STScI/Leah Hostak

L’importanza della scoperta

La scoperta è importante per comprendere come alcuni buchi neri supermassicci – quelli contenenti fino a miliardi di masse solari e che si trovano al centro delle galassie – possano raggiungere masse massicce così presto dopo il Big Bang. Si formano direttamente dal collasso di enormi nubi di gas, creando buchi neri di peso compreso tra diecimila e centomila soli? Oppure proviene dalle esplosioni delle prime stelle che creano buchi neri con una massa pari solo a circa dieci-cento soli?

Risultati della ricerca e implicazioni teoriche

Il team di astronomi ha trovato prove evidenti che il buco nero appena scoperto in UHZ1 è nato massiccio. Si stima che la sua massa sia compresa tra 10 e 100 milioni di soli, in base alla luminosità e all’energia dei raggi X. Questo intervallo di massa è simile a quello di tutte le stelle della galassia in cui vivono, il che è in netto contrasto con i buchi neri al centro delle galassie nell’universo vicino che tipicamente contengono solo circa un decimo di percentuale della propria massa. . Ospita le stelle della galassia.

La grande massa del buco nero in giovane età, così come la quantità di raggi X che emette e la luminosità della galassia scoperta da Webb, sono tutti coerenti con le previsioni teoriche del 2017 di un “buco nero supermassiccio” formatosi direttamente da la galassia. Collasso di un’enorme nube di gas.

Ricerca e collaborazione continua

I ricercatori intendono utilizzare questi e altri risultati provenienti da Webb e da quelli che raccolgono dati da altri telescopi per completare un quadro più ampio dell’universo primordiale.

Il documento che descrive i risultati appare in Astronomia della natura. Gli autori includono Akos Bogdan (Centro di Astrofisica | Harvard e Smithsonian), Andy Golding (università di Princeton), Priyamvada Natarajan (Università di Yale), Ursolya Kovacs (Università Masaryk, Repubblica Ceca), Grant Tremblay (CFA), Urmila Chadayamuri (CfA), Marta Volontaire (Institut de Astrofisica di Parigi, Francia), Ralph Kraft (CfA), William Fuhrmann (CfA), Christine Jones (CfA), Eugene Chorazov (Istituto Max Planck per l’astrofisica, Germania) e Irina Zhuravleva (Università di Chicago).

I dati Webb utilizzati in entrambe le ricerche fanno parte di un sondaggio chiamato Ultradeep Nirspec e nirCam Observations Before the Era of Reionization (UNCOVER). Il documento, guidato dal membro del team UNCOVER Andy Golding, appare in Lettere del diario astrofisico. I coautori includono altri membri del team UNCOVER, oltre a Bogdan e Natarajan. Un documento interpretativo dettagliato che confronta le proprietà osservate di UHZ1 con i modelli teorici delle galassie con buchi neri massicci è attualmente in fase di revisione ed è disponibile una prestampa. Qui.

Riferimenti:

“Prova dell’origine dei semi pesanti dei primi buchi neri supermassicci dal quasar a raggi X az ≈ 10” di Akos Bogdan, Andy D. Golding, Priyamvada Natarajan, Ursulia E. Kovacs, Grant R. Tremblay, Urmila Chadayamuri, Marta Volontaire, Ralph B. Kraft, William R. Forman, Christine Jones, Eugene Chorazov e Irina Zhuravleva, 6 novembre 2023, Astronomia della natura.
doi: 10.1038/s41550-023-02111-9

“Scoperta: crescita dei primi buchi neri massicci da JWST/NIRSpec – Conferma spettroscopica del redshift dell’AGN illuminato dai raggi X a z = 10,1” di Andy D. Golding e Jenny E. Green e David J. Seaton, Ivo Lappé, Rachel Bezançon, Tim B. Miller, Hakim Atiq, Akos Bogdan, Gabriel Brammer, Irina 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. WeaverCatherine E. Whitaker e Adi Zittrain, 22 settembre 2023, Lettere del diario astrofisico.
doi: 10.3847/2041-8213/acf7c5

Il Marshall Space Flight Center della NASA gestisce il programma Chandra. Il Chandra X-ray Center dello Smithsonian Astrophysical Observatory controlla le operazioni scientifiche da Cambridge, Massachusetts, e le operazioni di volo da Burlington, Massachusetts.

Il James Webb Space Telescope è il principale osservatorio di scienze spaziali al mondo. Webb risolverà i misteri del nostro sistema solare, guarderà oltre i mondi lontani attorno ad altre stelle ed esplorerà le misteriose strutture e origini del nostro universo e il nostro posto in esso. WEB è un programma internazionale guidato dalla NASA con i suoi partner l’Agenzia spaziale europea (ESA).Agenzia spaziale europea) e l’Agenzia spaziale canadese.