Das am weitesten entfernte aktive supermassereiche Schwarze Loch, das jemals gefunden wurde

Es erfüllt sein Versprechen, unser Verständnis des frühen Universums zu verändern, James Webb-Weltraumteleskop erforscht Galaxien am Anfang der Zeit. Eine solche Galaxie ist die außergewöhnlich leuchtende Galaxie GN-z11, die existierte, als das Universum nur einen Bruchteil seines heutigen Alters hatte. Sie ist eine der kleinsten und am weitesten entfernten Galaxien, die jemals beobachtet wurde, und sie ist auch eine der mysteriösesten. Warum ist es so hell? Sieht aus, als hätte Webb die Antwort gefunden.

Wissenschaftler, die Webb zur Untersuchung von GN-z11 nutzen, haben auch einige verlockende Hinweise auf Sterne der Gruppe III entdeckt, die am Rande dieser abgelegenen Galaxie liegen. Diese schwer fassbaren Sterne – die ersten, die Licht ins Universum brachten – bestehen ausschließlich aus Wasserstoff und Helium. Es wurde noch nie eine endgültige Entdeckung solcher Sterne gemacht, aber Wissenschaftler wissen, dass sie existieren müssen. Und jetzt, mit Webb, scheint ihre Entdeckung näher als je zuvor.

Dieses mit Webbs NIRCam-Instrument (Nahinfrarotkamera) aufgenommene Bild zeigt einen Teil des GOODS-North-Galaxienfeldes. Unten rechts markieren Wolken die Galaxie GN-z11, die etwa 430 Millionen Jahre nach dem Urknall gesehen wurde. Das Bild zeigt eine ausgedehnte Komponente, die der Muttergalaxie GN-z11 folgt, und eine zentrale Quelle, deren Farben mit denen der Akkretionsscheibe um das Schwarze Loch übereinstimmen. Bildquelle: NASA, ESA, CSA, STScI, Brant Robertson (UC Santa Cruz), Ben Johnson (CfA), Sandro Takela (Cambridge), Marcia Ricci (University of Arizona), Daniel Eisenstein (CfA)

Webb enthüllt die Geheimnisse einer der am weitesten entfernten Galaxien aller Zeiten

Mit zwei Teams tief in Raum und Zeit blicken NASADas James-Webb-Weltraumteleskop untersuchte die außergewöhnlich helle Galaxie GN-z11, die existierte, als das 13,8 Milliarden Jahre alte Universum erst etwa 430 Millionen Jahre alt war.

Diese Galaxie wurde ursprünglich mit dem Hubble-Weltraumteleskop der NASA entdeckt und ist eine der kleinsten und am weitesten entfernten Galaxien, die jemals beobachtet wurde. Sie ist so hell, dass Wissenschaftler nicht verstehen können, warum. Jetzt enthüllt der GN-z11 einige seiner Geheimnisse.

Das mächtige Schwarze Loch ist das am weitesten entfernte, das jemals gefunden wurde

Ein Team, das gemeinsam mit Webb GN-z11 untersucht, hat den ersten eindeutigen Beweis dafür gefunden, dass die Galaxie eine massereiche Zentralgalaxie beherbergt. schwarzes Loch Dabei handelt es sich um eine schnelle Ansammlung von Materie. Ihre Entdeckung macht es zum am weitesten entfernten aktiven supermassereichen Schwarzen Loch, das bisher beobachtet wurde.

„Wir haben sehr dichtes Gas gefunden, das häufig in der Nähe von supermassiven Schwarzen Löchern vorkommt, die Gas ansammeln“, erklärte der leitende Forscher Roberto Maiolino vom Cavendish Laboratory und dem Kavli Institute of Cosmology an der Universität Cambridge im Vereinigten Königreich. „Dies war der erste klare Beweis dafür, dass GN-z11 ein Schwarzes Loch beherbergt, das Materie verschlingt.“

Mithilfe von Webb fand das Team auch Hinweise auf das Vorhandensein ionisierter chemischer Elemente, die typischerweise in der Nähe akkretierender supermassereicher Schwarzer Löcher beobachtet werden. Darüber hinaus entdeckten sie sehr starke Winde, die von der Galaxie ausgestoßen werden. Diese Hochgeschwindigkeitswinde werden typischerweise durch Prozesse angetrieben, die mit der aggressiven Akkretion supermassereicher Schwarzer Löcher einhergehen.

„Die NIRCam-Webcam (Nahinfrarotkamera) enthüllte eine ausgedehnte Komponente, die die Heimatgalaxie verfolgt, und eine kompakte zentrale Quelle, deren Farben mit den Farben der Akkretionsscheibe rund um das Schwarze Loch übereinstimmen“, sagte Forscherin Hannah Opler, ebenfalls vom Forschungsteam. Cavendish Laboratory und Kavli Institute.

Zusammengenommen zeigen diese Beweise, dass GN-z11 ein supermassereiches Schwarzes Loch mit 2 Millionen Sonnenmassen beherbergt, das sich in einer sehr aktiven Phase des Materieverbrauchs befindet, weshalb es so hell ist.

Die ursprüngliche Gasmasse im GN-z11-Halo weckt die Neugier der Forscher

Ein zweites Team, ebenfalls unter der Leitung von Maiolino, nutzte Webbs NIRSpec-Instrument (Nahinfrarotspektrometer), um einen gasförmigen Heliumklumpen in der Korona um GN-z11 zu finden.

„Die Tatsache, dass wir nichts anderes als Helium sehen, legt nahe, dass diese Masse ziemlich rein sein muss“, sagte Maiolino. „Dies ist etwas, was Theorie und Simulationen in der Nähe besonders massereicher Galaxien aus diesen Epochen erwarten ließen – dass im Halo verbleibende Taschen mit reinem Gas vorhanden sein sollten, und diese Taschen könnten kollabieren und Sternhaufen der Gruppe III bilden.“

Die Suche nach noch nie dagewesenen Sternen der Gruppe III – der ersten Generation von Sternen, die fast ausschließlich aus Wasserstoff und Helium besteht – ist eines der wichtigsten Ziele der modernen Astrophysik. Es wird erwartet, dass diese Sterne sehr massereich, sehr hell und sehr heiß sind. Ihre erwartete Signatur ist das Vorhandensein von ionisiertem Helium und das Fehlen chemischer Elemente, die schwerer als Helium sind.

Die Entstehung der ersten Sterne und Galaxien stellte einen grundlegenden Übergang in der kosmischen Geschichte dar, da sich das Universum von einem dunklen und relativ einfachen Zustand zu der hochorganisierten und komplexen Umgebung entwickelte, die wir heute sehen.

In zukünftigen Webb-Beobachtungen werden Maiolino, Opler und ihr Team GN-z11 eingehender untersuchen und hoffen, die Argumente für Sterne der dritten Gruppe zu stärken, die sich möglicherweise in seinem Halo bilden.

Die Forschung Der ursprüngliche Gasblock in Halo GN-z11 wurde von zur Veröffentlichung angenommen Astronomie und Astrophysik. Die Ergebnisse der Schwarzlochstudie von GN-z11 wurden in der Zeitschrift veröffentlicht Natur Am 17. Januar 2024. Die Daten wurden im Rahmen des Advanced Deep Extragalactic Survey (JWST) erfasst (Jade), ein gemeinsames Projekt der Teams NIRCam und NIRSpec.

Das James-Webb-Weltraumteleskop ist das weltweit führende Weltraumobservatorium. Webb löst die Geheimnisse unseres Sonnensystems, blickt über die fernen Welten um andere Sterne hinaus und erforscht die mysteriösen Strukturen und Ursprünge unseres Universums und unseren Platz darin. WEB ist ein internationales Programm, das von der NASA und ihren Partnern, der Europäischen Weltraumorganisation (ESA), geleitet wird.Europäische Weltraumorganisation) und die Canadian Space Agency.