NASA menemukan lubang hitam supermasif yang memecahkan rekor yang berjarak lebih dari 13 miliar tahun cahaya

Para astronom telah menemukan lubang hitam terjauh yang pernah diamati dengan sinar-X, terletak di galaksi UHZ1, berjarak lebih dari 13 miliar tahun cahaya. Dengan menggunakan data dari Observatorium Sinar-X Chandra dan Teleskop Luar Angkasa James Webb, hasil penelitian menunjukkan bahwa lubang hitam tersebut berukuran sangat besar saat lahir, menantang teori yang ada saat ini tentang lubang hitam supermasif di alam semesta awal. Kredit: NASA

• Indikator utama pertumbuhan massa supermasif Lubang hitam – Emisi sinar-X – ditemukan di galaksi yang sangat jauh sekali.
• Galaksi ini, UHZ1, terletak 13,2 miliar tahun cahaya dan diamati ketika alam semesta baru berusia 3% dari usianya saat ini.
• NASAObservatorium Sinar-X Chandra dan Teleskop Luar Angkasa James Webb Mereka menggabungkan upaya mereka untuk membuat penemuan ini.
• Ini adalah bukti terbaik bahwa beberapa lubang hitam awal terbentuk dari awan gas yang sangat besar.

Para astronom telah menemukan lubang hitam terjauh yang pernah terdeteksi dalam sinar-X (di galaksi yang dijuluki UHZ1) menggunakan teleskop luar angkasa Chandra dan Webb. Emisi sinar-X merupakan tanda jelas keberadaan lubang hitam supermasif. Hasil ini mungkin menjelaskan bagaimana beberapa lubang hitam supermasif pertama di alam semesta terbentuk. Gambar-gambar ini menunjukkan gugus galaksi Abell 2744 di belakang UHZ1, dalam sinar-X dari Chandra dan data inframerah dari Webb, serta gambar jarak dekat dari galaksi induk lubang hitam UHZ1. Sumber: X-ray: NASA/CXC/SAO/Ákos Bogdán; Inframerah: NASA/ESA/CSA/STScI; Pemrosesan gambar: NASA/CXC/SAO/L. Fratari dan K. Arcand

Teleskop NASA menemukan lubang hitam yang memecahkan rekor

Gambar ini mengungkap lubang hitam terjauh yang pernah diidentifikasi melalui sinar-X, berpotensi mengungkap pembentukan lubang hitam supermasif tertua di alam semesta. Penemuan ini dilakukan dengan menggunakan sinar-X dari Observatorium Sinar-X Chandra NASA (ditampilkan dalam warna ungu) dan data inframerah dari Teleskop Luar Angkasa James Webb (ditampilkan dalam warna merah, hijau, dan biru).

Jarak dan catatan Hongaria

Lubang hitam terjauh di galaksi UHZ1 terletak di arah gugus galaksi Abell 2744. Gugus galaksi tersebut berjarak sekitar 3,5 miliar tahun cahaya dari Bumi. Namun, data Webb mengungkapkan bahwa UHZ1 jauh lebih jauh dibandingkan Abell 2744. Dengan jarak sekitar 13,2 miliar tahun cahaya, UHZ1 dapat terlihat ketika alam semesta baru berusia 3% dari usianya saat ini.

Pelensaan gravitasi dan deteksi sinar-X

Dengan menggunakan pengamatan Chandra selama lebih dari dua minggu, para peneliti dapat mendeteksi emisi sinar-X dari UHZ1, yang merupakan indikasi keberadaan lubang hitam supermasif yang tumbuh di pusat galaksi. Sinyal sinar-X sangat redup sehingga Chandra hanya mampu mendeteksinya – bahkan dengan pengamatan yang begitu lama – karena fenomena yang dikenal sebagai pelensaan gravitasi yang meningkatkan sinyal sebesar empat kali lipat.

Teknik pencitraan dan orientasi

Bagian ungu pada gambar menunjukkan sinar-X dari sejumlah besar gas panas di Abell 2744. Gambar inframerah menunjukkan ratusan galaksi di gugus tersebut, bersama dengan beberapa bintang di latar depan. Sisipan diperbesar ke wilayah kecil yang berpusat di sekitar UHZ1. Objek kecil pada gambar web adalah galaksi jauh UHZ1 dan bagian tengah gambar Chandra menunjukkan sinar-X yang berasal dari material yang dekat dengan lubang hitam supermasif di tengah UHZ1. Besarnya ukuran sumber sinar-X dibandingkan dengan pandangan inframerah galaksi disebabkan karena mewakili volume terkecil yang dapat dipecahkan oleh Chandra. Sinar-X sebenarnya berasal dari wilayah galaksi yang jauh lebih kecil.

Penghalusan yang berbeda diterapkan pada gambar Chandra full-field dan gambar Chandra close-up. Penghalusan dilakukan pada banyak piksel pada gambar besar, untuk menyorot emisi cluster yang redup, dengan mengorbankan sumber titik sinar-X yang redup seperti UHZ1. Penghalusan yang diterapkan pada gambar close-up jauh lebih sedikit sehingga sumber sinar-X yang redup tampak. Bayangan diorientasikan sehingga titik utara 42,5 derajat ke kanan vertikal.

Ilustrasi: Lubang hitam berat terbentuk dari keruntuhan langsung awan gas yang sangat besar. Sumber gambar: NASA/STScI/Leah Hostak

Pentingnya penemuan

Penemuan ini penting untuk memahami bagaimana beberapa lubang hitam supermasif – yang memiliki massa hingga miliaran massa matahari dan ditemukan di pusat galaksi – dapat mencapai massa yang sangat besar segera setelah Big Bang. Apakah mereka terbentuk langsung dari runtuhnya awan gas raksasa, sehingga menciptakan lubang hitam yang berbobot antara sepuluh ribu hingga seratus ribu matahari? Ataukah berasal dari ledakan bintang-bintang pertama yang menciptakan lubang hitam yang massanya hanya sekitar sepuluh hingga seratus matahari?

Hasil penelitian dan implikasi teoritis

Tim astronom menemukan bukti kuat bahwa lubang hitam yang baru ditemukan di UHZ1 terlahir masif. Mereka memperkirakan massanya antara 10 dan 100 juta matahari, berdasarkan kecerahan dan energi sinar-X. Kisaran massa ini mirip dengan rentang massa semua bintang di galaksi tempat mereka tinggal, sangat kontras dengan lubang hitam di pusat galaksi di alam semesta terdekat yang biasanya hanya berisi sekitar sepersepuluh persen massanya. . Tuan rumah bintang galaksi.

Besarnya massa lubang hitam pada usia muda, serta jumlah sinar-X yang dipancarkannya dan kecerahan galaksi yang ditemukan Webb, semuanya konsisten dengan prediksi teoretis tahun 2017 tentang “lubang hitam supermasif” yang terbentuk langsung dari lubang hitam tersebut. galaksi. Runtuhnya awan gas yang sangat besar.

Penelitian dan kolaborasi berkelanjutan

Para peneliti berencana untuk menggunakan hasil ini dan hasil lainnya yang mengalir dari Webb dan pengumpulan data dari teleskop lain untuk mengisi gambaran yang lebih besar tentang alam semesta awal.

Makalah yang menjelaskan hasilnya muncul di Astronomi alam. Penulis termasuk Akos Bogdan (Pusat Astrofisika | Harvard dan Smithsonian), Andy Golding (Universitas Princeton), Priyamvada Natarajan (Universitas Yale), Ursolya Kovacs (Universitas Masaryk, Republik Ceko), Grant Tremblay (CFA), Urmila Chadayamuri (CfA), Marta Volontaire (Institut de Astrophysique de Paris, Prancis), Ralph Kraft (CfA), William Fuhrmann (CfA), Christine Jones (CfA), Eugene Chorazov (Institut Astrofisika Max Planck, Jerman) dan Irina Zhuravleva (Universitas Chicago).

Data Webb yang digunakan dalam kedua penelitian tersebut merupakan bagian dari survei yang disebut Ultradeep Nirspec dan nirCam Observations Before the Era of Reionization (UNCOVER). Makalah ini, dipimpin oleh anggota tim UNCOVER Andy Golding, muncul di Surat Jurnal Astrofisika. Rekan penulis termasuk anggota tim UNCOVER lainnya, serta Bogdan dan Natarajan. Makalah interpretasi terperinci yang membandingkan sifat-sifat yang diamati dari UHZ1 dengan model teoritis galaksi lubang hitam masif saat ini sedang ditinjau dan pracetaknya telah tersedia. Di Sini.

Referensi:

“Bukti asal usul benih berat lubang hitam supermasif awal dari quasar sinar-X az ≈ 10” oleh Akos Bogdan, Andy D. Golding, Priyamvada Natarajan, Ursulia E. Kovacs, Grant R. Tremblay, Urmila Chadayamuri, Marta Volontiri , Ralph P. Kraft, William R. . Forman, Christine Jones, Eugene Chorazov dan Irina Zhuravleva, 6 November 2023, Astronomi alam.
doi: 10.1038/s41550-023-02111-9

“Penemuan: Pertumbuhan lubang hitam masif pertama dari JWST/NIRSpec – Konfirmasi pergeseran merah spektroskopi AGN yang diterangi sinar-X pada z = 10.1” oleh Andy D. Golding, dan Jenny E. Hijau, dan David J. Seaton, Ivo Lappé, Rachel Bezançon, Tim B. Miller, Hakim Atiq, Akos Bogdan, Gabriel Brammer, Iryna 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. Penenun, Catherine E. Whitaker dan Adi Zittrain, 22 September 2023, Surat Jurnal Astrofisika.
doi: 10.3847/2041-8213/acf7c5

Pusat Penerbangan Luar Angkasa Marshall NASA mengelola program Chandra. Pusat Sinar-X Chandra Smithsonian Astrophysical Observatory mengendalikan operasi sains dari Cambridge, Massachusetts, dan operasi penerbangan dari Burlington, Massachusetts.

Teleskop Luar Angkasa James Webb adalah observatorium sains luar angkasa terkemuka di dunia. Webb akan memecahkan misteri tata surya kita, melihat melampaui dunia jauh di sekitar bintang lain, dan menjelajahi struktur misterius serta asal usul alam semesta dan tempat kita di dalamnya. WEB merupakan program internasional yang dipimpin oleh NASA bersama mitranya Badan Antariksa Eropa (ESA).Badan Antariksa Eropa) dan Badan Antariksa Kanada.