Apa yang terjadi dengan semua lubang hitam supermasif? Para astronom terkejut dengan data Webb

Teleskop Luar Angkasa James Webb Survei tersebut mengungkapkan jumlah lubang hitam supermasif lebih sedikit dari perkiraan

Survei Universitas Kansas terhadap petak alam semesta menggunakan Teleskop Luar Angkasa James Webb telah mengungkapkan inti galaksi aktif – lubang hitam supermasif yang ukurannya bertambah dengan cepat – lebih jarang dari perkiraan banyak astronom sebelumnya.

Temuan yang dibuat dengan Instrumen Inframerah Menengah (MIRI) JWST ini menunjukkan bahwa alam semesta kita mungkin sedikit lebih stabil dari yang diperkirakan. Penelitian ini juga memberikan wawasan tentang pengamatan galaksi redup, sifat-sifatnya, dan tantangan dalam mendefinisikan AGN.

Detail studi

Sebuah makalah baru yang merinci penelitian JWST, yang dilakukan di bawah naungan program Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS), baru-baru ini tersedia di arXiv Sebelum publikasi tinjauan sejawat resmi di itu Jurnal Astrofisika.

Penelitian yang dipimpin oleh Alison Kirkpatrick, asisten profesor fisika dan astronomi di Universitas Kuwait, berfokus pada wilayah alam semesta yang telah lama dipelajari yang dijuluki Groth Bar, yang terletak di antara konstelasi Ursa Major dan Boötes. Namun, pemeriksaan sebelumnya terhadap wilayah tersebut bergantung pada generasi teleskop luar angkasa yang kurang bertenaga.

“Pengamatan kami dilakukan pada bulan Juni dan Desember lalu, dan kami bertujuan untuk menggambarkan seperti apa galaksi selama puncak pembentukan bintang di alam semesta,” kata Kirkpatrick. “Ini adalah melihat ke masa lalu dari 7 hingga 10 miliar tahun yang lalu. Kami menggunakan instrumen inframerah-tengah pada Teleskop Luar Angkasa James Webb untuk melihat debu di galaksi yang ada 10 miliar tahun yang lalu, dan debu ini dapat menutupi proses pembentukan bintang-bintang yang persisten, dan dapat menyembunyikan pertumbuhan lubang hitam supermasif. Jadi saya melakukan survei pertama untuk mencari lubang hitam supermasif yang bersembunyi di pusat galaksi-galaksi ini.

Kami menunjukkan MIRI yang menunjukkan 1 (panel kanan) bersama dengan pengamatan Spitzer/IRAC (tengah) dan MIPS (kiri)
Daerah yang sama. Bukaan menunjukkan lokasi sumber yang terdeteksi di setiap gambar (hanya wilayah MIRI). Untuk MIPS (IRAC)
Pada gambar, lubang berukuran 6 inci (2 inci), yang sesuai dengan ukuran berkas cahaya perangkat. Pada gambar IRAC, warna biru berhubungan dengan saluran
1 (3,6 µm), hijau berhubungan dengan saluran 2 (4,5 µm), dan merah berhubungan dengan saluran 3 (5,8 µm). Pada gambar MIRI, filter 770W berwarna biru, F1000W berwarna hijau, dan F1280W berwarna merah. Kredit: Kirkpatrick dkk., arXiv:2308.09750

Hasil dan implikasi

Sedangkan setiap galaksi ditandai dengan adanya massa yang masif Lubang hitam Dan di tengahnya terdapat inti aktif yang lebih menarik, yang merupakan gangguan yang lebih menarik yang menarik gas dan menunjukkan luminositas yang tidak ada pada lubang hitam pada umumnya.

Kirkpatrick dan beberapa rekan astrofisikawan memperkirakan bahwa survei resolusi lebih tinggi yang dilakukan oleh Teleskop Luar Angkasa James Webb akan menemukan lebih banyak galaksi aktif dibandingkan survei sebelumnya dengan Teleskop Luar Angkasa Spitzer. Namun, bahkan dengan peningkatan kekuatan dan sensitivitas MIRI, beberapa AGN tambahan ditemukan dalam survei baru.

“Hasilnya tampak sangat berbeda dari apa yang saya harapkan, yang menyebabkan kejutan besar pertama bagi saya,” kata Kirkpatrick. “Salah satu penemuan penting adalah kelangkaan lubang hitam supermasif yang tumbuh dengan cepat. Penemuan ini menimbulkan pertanyaan tentang di mana objek-objek ini berada. Ternyata, lubang hitam ini kemungkinan besar tumbuh lebih lambat dari perkiraan sebelumnya, yang mana Menariknya, mengingat galaksi yang saya teliti mirip dengan galaksi kita. Bima Sakti dari masa lalu. Pengamatan sebelumnya dengan Spitzer memungkinkan kita mempelajari galaksi yang lebih terang dan masif yang berisi lubang hitam supermasif yang berkembang pesat, sehingga lebih mudah dikenali.

Sebuah teka-teki penting dalam astronomi, kata Kirkpatrick, adalah memahami bagaimana lubang hitam supermasif, seperti yang ditemukan di galaksi seperti Bima Sakti, tumbuh dan mempengaruhi galaksi induknya.

Dia berkata: “Hasil penelitian menunjukkan bahwa lubang hitam ini tidak tumbuh dengan cepat, menyerap materi terbatas, dan mungkin tidak mempengaruhi galaksi induknya secara signifikan.” “Penemuan ini membuka perspektif baru mengenai pertumbuhan lubang hitam karena pemahaman kita saat ini sebagian besar didasarkan pada lubang hitam yang lebih masif di galaksi-galaksi terbesar yang memiliki dampak besar terhadap inangnya, namun kemungkinan besar lubang hitam yang lebih kecil di galaksi-galaksi ini mempunyai dampak yang signifikan.” TIDAK.”

Para insinyur dengan cermat bekerja untuk menanamkan instrumen inframerah tengah ISIM milik Teleskop Luar Angkasa James Webb, atau Modul Instrumen Sains Terintegrasi, di ruang bersih di Pusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard NASA di Greenbelt, Maryland pada tanggal 29 April 2013. Sebagai penerus penyelidikan Teleskop Luar Angkasa Hubble NASA , Teleskop Webb akan menjadi teleskop luar angkasa paling kuat yang pernah dibuat. Ia akan mengamati objek-objek terjauh di alam semesta, memberikan gambar galaksi-galaksi pertama yang terbentuk, dan melihat planet-planet yang belum dijelajahi yang mengorbit bintang-bintang jauh.

Temuan mengejutkan lainnya, kata astronom Universitas Kuwait, adalah tidak adanya debu di galaksi tersebut.

“Dengan Teleskop Luar Angkasa James Webb, kita dapat mengidentifikasi galaksi yang jauh lebih kecil dari sebelumnya, termasuk galaksi sebesar Bima Sakti atau bahkan lebih kecil lagi, yang sebelumnya tidak mungkin dilakukan pada pergeseran merah (jarak kosmik) ini,” kata Kirkpatrick. “Biasanya, galaksi-galaksi yang lebih masif mengandung banyak debu karena laju pembentukan bintang yang cepat. Saya berasumsi bahwa galaksi-galaksi bermassa lebih rendah juga akan mengandung sejumlah besar debu, namun ternyata tidak, sehingga bertentangan dengan ekspektasi saya dan membuat penemuan menarik lainnya.”

Menurut Kirkpatrick, karya ini mengubah pemahaman tentang bagaimana galaksi tumbuh, terutama yang berkaitan dengan Bima Sakti.

“Lubang hitam kita tampak benar-benar tenang, tidak menunjukkan banyak aktivitas,” ujarnya. “Salah satu pertanyaan penting mengenai Bima Sakti adalah apakah ia aktif atau telah melalui fase AGN. Jika sebagian besar galaksi, seperti galaksi kita, tidak memiliki AGN yang dapat dideteksi, ini berarti lubang hitam kita tidak lebih aktif di masa lalu. Pada akhirnya, pengetahuan ini akan membantu membatasi dan mengukur massa lubang hitam, dan menjelaskan asal mula pertumbuhan lubang hitam, yang masih menjadi pertanyaan yang belum terjawab.

Referensi: “Makalah Utama CEERS VII: JWST/MIRI Mengungkap Beberapa Galaksi di Siang Kosmik Tak Terlihat oleh Spitzer” oleh Allison Kirkpatrick, Guang Yang, Aurelian Le Bell, Greg Troiani, Eric F Bell, Nico J. Cleary, David Elbaz, Stephen L. Finkelstein, Nimish B. Hathi, Michaela Hirschmann, Ben W. Holwerda, Dale D. Koszewski, Ray 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. Cookmuir, Jennifer M. Lutz, Laura Pinterici, Noor Birzkal, Swara Ravindranath, Rachel S. Somerville, Jonathan R. Trump, Stephen M. Wilkins, L.A., Aaron Young, pembawa acara. Jurnal Astrofisika.
arXiv:2308.09750

Kirkpatrick baru-baru ini mendapat penghargaan senior baru di JWST untuk melakukan survei lapangan yang lebih besar di Extended Groth Strip menggunakan MIRI. Makalahnya saat ini mencakup sekitar 400 galaksi. Survei mendatangnya (MEGA: MIRI EGS Galaxy dan AGN Survey) akan mencakup sekitar 5.000 galaksi. Pekerjaan tersebut dijadwalkan berlangsung pada Januari 2024.