Квазар віком 860 мільйонів років уже в 1,4 мільярда разів перевищує масу Сонця

Невдовзі після Великого вибуху ранні галактики почали змінювати Всесвіт. Менш ніж через мільярд років вони вже сильно набрали ваги. Зокрема, їхні центральні надмасивні чорні діри були гігантами. Нові зображення від JWST показують дві масивні галактики, які з’явилися менш ніж через мільярд років після виникнення Всесвіту.

Маса однієї з галактик у 130 мільярдів разів перевищує масу Сонця. Його керований чорною дірою квазар має 1,4 мільярда сонячних мас. (Квазар — це яскраве активне ядро ​​галактики, яка, як вважають, живиться від надмасивної чорної діри.) Виявляється, що ці галактики та їхні центральні чорні діри мають абсолютно різні розміри по відношенню одна до одної. Крім того, ці вражаючі маси викликають кілька складних питань. Як вони так швидко стали такими масивними в новонародженому Всесвіті? І що було першим? Галактика чи чорні діри?

Вони складають головоломку, яка стоїть перед міжнародною командою дослідників під керівництвом Сюхен Діна та Джона Сільвермана (обидва з Інституту фізики та математики Всесвіту Кавлі). Вони оголосили про свої перші висновки у випуску журналу Nature від 28 червня 2023 року.

Квазари, які вони спостерігали, називаються J2236+0032 і J2255+0251. Їхні господарські галактики вперше спостерігав телескоп Субару на Гаваях. Обидві галактики відносно тьмяні і є хорошими цілями для вивчення раннього Всесвіту. Вони знаходяться на червоних зміщеннях 6,4 і 6,34. Вони належать до того часу, коли Всесвіту було лише 860 мільйонів років. Потім дослідницька група в Kavli використовувала JWST, щоб глибше розглянути ці об’єкти.

JWST спостерігав за ними в інфрачервоному діапазоні довжин хвиль 3,56 і 1,50 мікрона. Крім того, спектрометр JWST NIRSPEC уточнив зоряне населення галактики. Аналіз даних ще більше уточнив масу двох галактик. Це також виявило швидкість газів, що рухаються в їхніх серцях. Це дозволило команді визначити маси двох центральних надмасивних чорних дір, які живлять ці квазари.

Відповіді на запитання про ці квазари

З даних відразу вискочило одне: співвідношення мас галактик і їх чорних дір. Виявляється, розмір надмасивної чорної діри, мабуть, відповідає розміру галактики, що в ній знаходиться. Астрономи досліджують цей зв’язок у галактиках у сусідньому Всесвіті та виявили, що чим більша галактика, тим більшою має бути її центральна чорна діра. Дві галактики у відкритті JWST демонструють однакове співвідношення між своїми масами та масами їхніх чорних дір.

Тут мається на увазі те, що зв’язок насправді існував дуже рано в космічній історії. Це порушувати інші питання про механізми, які з’єднують галактики та їх ядра чорних дір для створення такого співвідношення. Астрономи пропонують кілька сценаріїв. По-перше, оскільки це активні галактичні ядра (квазари), вони можуть ініціювати подальше утворення зірок у галактиці через свої струмені та вітри. Але ця сама діяльність може призупинити народження нових зірок. Це цікавий механізм зворотного зв’язку, який змушує швидкість утворення зірок відстежувати швидкість акреції чорної діри. По суті, AGN ставить стримування та противаги на зростання галактики.

Інша ідея полягає в тому, що співвідношення мас галактик і чорних дір визначається зростанням чорних дір і утворенням зірок з використанням тих самих джерел палива. Такий сценарій може статися досить легко після злиття двох багатих паливом галактик. Злиття часто стимулюють утворення зірок, тому це могло статися з цими ранніми галактиками в той час, коли злиття були домінуючою діяльністю. Третій сценарій припускає, що може існувати лише статистичний зв’язок і що необхідно провести додаткові дослідження.

Потрібно більше даних

Дані з галактик HSC J2236+0032 і HSC J2255+0251 поставили запитання. Тепер настав час для астрономів спостерігати більше цих об’єктів у ранньому Всесвіті, щоб побачити, чи зможуть вони відповісти на них. Команда продовжить свої спостереження за допомогою JWST протягом поточного циклу 1. У них уже є час на телескопі, щоб вивчити J2236+0032 більш детально, щоб відповісти на деякі невирішені питання, які виникають під час поточної роботи. Зокрема, ці дослідження можуть сказати нам, що першими з’явилися галактики чи чорні діри. Вони також розкриють більше деталей про темпи зростання обох галактик і їхніх квазарів, керованих чорними дірами, у ці ранні епохи історії Всесвіту. Джерело