Araştırmacılar Erken Evrendeki Kuasarların Ev Sahibi Galaksilerini Tespit Ediyor

James Webb Uzay Teleskobu, kuasar olarak bilinen aktif olarak büyüyen kara deliklerin bulunduğu iki devasa galaksiden gelen yıldız ışığını ilk kez gösteren ve olaydan bir milyar yıldan az bir süre sonra gözlemlenen görüntüleri ortaya çıkardı. Büyük patlama.

Dergide yayınlanan yeni bir çalışma Doğa, kara deliklerin Güneş’inkinin bir milyar katına yakın kütlelere sahip olduğunu ve ev sahibi galaksinin kütlelerinin neredeyse yüz kat daha büyük olduğunu, bu oranın daha yakın tarihli evrende bulunanlara benzer olduğunu gösteriyor. Subaru Teleskobu ve JWST’nin güçlü birleşimi, uzak evreni incelemek için yeni bir yol açtı.

Uzak evrende bu kadar büyük kara deliklerin varlığı, astrofizikçiler için cevaptan çok soru yarattı. Evren bu kadar gençken bu kara delikler nasıl bu kadar büyüyebildi? Daha da şaşırtıcı olanı, yerel evrendeki gözlemler, süper kütleli kara deliklerin kütlesi ile bunların içinde bulunduğu çok daha büyük galaksiler arasında açık bir ilişki olduğunu gösteriyor. Galaksiler ve kara delikler tamamen farklı boyutlardadır; peki hangisi önce geldi: kara delikler mi yoksa galaksiler mi? Bu kozmik ölçekte bir “tavuk mu yumurta mı” problemidir.

JWST NIRCam HSC J2236+0032’nin 3,6 μm görüntüsü. Uzaklaştırılmış görüntü, kuasar görüntüsü ve kuasar ışığı çıkarıldıktan sonraki ana galaksi görüntüsü (soldan sağa). Işık yılı cinsinden görüntü ölçeği her panelde gösterilir. Katkıda bulunanlar: Ding, Onoue, Silverman ve diğerleri.

Kavli Evrenin Fiziği ve Matematiği Enstitüsü (Kavli IPMU) Proje Araştırmacısı Xuheng Ding ve Profesör John Silverman ile Pekin Üniversitesi Kavli Astronomi ve Astrofizik Enstitüsü (PKU-KIAA) Kavli Astrofizik Araştırmacısı Masafusa Onoue liderliğindeki uluslararası bir araştırma ekibi Bu soruyu şu şekilde yanıtlamaya başladım: James Webb Uzay Teleskobu (JWST), Aralık 2021’de piyasaya sürüldü.

Ev sahibi galaksiler ile erken evrendeki kara delikler arasındaki ilişkiyi incelemek, bilim adamlarının bunların oluşumunu izlemesine ve birbirleriyle nasıl ilişkili olduklarını görmesine olanak tanır.

Kuasarlar parlaktır, ancak ev sahibi galaksiler soluktur, bu da araştırmacıların kuasarın parıltısında galaksinin loş ışığını özellikle uzak mesafelerden tespit etmesini zorlaştırmıştır. JWST’den önce, Hubble uzay teleskobu Evren 3 milyar yaşın biraz altındayken, ama daha genç değilken, parlak kuasarlardan oluşan ev sahibi galaksileri tespit edebildi.

NASA’nın James Webb Uzay Teleskobu, birincil aynasını tamamen uzaydayken sahip olacağı konfigürasyona yerleştirdi. Kredi bilgileri: NASA/Chris Gunn

JWST’nin kızılötesi dalga boylarındaki üstün hassasiyeti ve ultra keskin görüntüleri, sonunda araştırmacıların bu çalışmaları kuasarların ve galaksilerin ilk oluştuğu zamana itmesine olanak sağladı. JWST’nin düzenli operasyonlara başlamasından sadece birkaç ay sonra ekip, evrenin yaklaşık 860 milyon yaşında olduğu dönemde HSC J2236+0032 ve HSC J2255+0251 adlı iki kuasarın 6.40 ve 6.34 kırmızıya kaymalarında gözlemledi.

Bu iki kuasar, Hawai’i’deki Maunakea’nın zirvesindeki 8,2 metrelik Subaru Teleskobu’nun derin araştırma programı sırasında keşfedildi. Bu kuasarların göreceli olarak düşük parlaklıkları, onları ev sahibi galaksinin özelliklerinin ölçümü için birincil hedefler haline getirdi ve konakçıların başarılı bir şekilde tespiti, bir kuasarda yıldız ışığının tespit edildiği bugüne kadarki en erken dönemi temsil ediyor.

Kavli IPMU Proje Araştırmacısı Xuheng Ding, Profesör John Silverman ve Kavli Astronomi ve Astrofizik Enstitüsü (PKU-KIAA) Kavli Astrofizik Araştırmacısı Masafusa Onoue (soldan sağa). Kredi: Kavli IPMU, Kavli IPMU, Masafusa Onoue

İki kuasarın görüntüleri, JWST’nin NIRCam cihazıyla 3,56 ve 1,50 mikron kızılötesi dalga boylarında çekildi ve ev sahibi galaksiler, biriken kara deliklerin parlamasını dikkatlice modelleyip çıkardıktan sonra belirgin hale geldi. Ev sahibi galaksinin yıldız imzası, JWST’nin NIRSPEC’i tarafından J2236+0032 için alınan bir spektrumda da görüldü ve bu, ev sahibi galaksinin tespitini daha da destekledi.

Ev sahibi galaksi fotometrisinin analizleri, bu iki kuasar ev sahibi galaksinin devasa büyüklükte olduğunu, sırasıyla Güneş’in kütlesinin 130 ve 34 milyar katı olduğunu ortaya çıkardı. Kuasarların yakınındaki türbülanslı gazın hızının NIRSPEC spektrumundan ölçülmesi, onlara güç sağlayan kara deliklerin de devasa olduğunu, Güneş’in kütlesinin 1,4 ve 0,2 milyar katı olduğunu ortaya koyuyor. oranı Kara delik Galaksinin kütlesinin, yakın geçmişteki galaksilerin kütlesine benzemesi, kara delikler ile ev sahipleri arasındaki ilişkinin Büyük Patlama’dan 860 milyon yıl sonra zaten mevcut olduğunu akla getiriyor.

Ding, Silverman, Onoue ve meslektaşları bu çalışmaya planlı Döngü 1 JWST gözlemlerini kullanarak daha büyük bir örnekle devam edecekler; bu daha sonra kara deliklerin ve onlara ev sahipliği yapan galaksilerin birlikte evrimine yönelik modelleri daha da kısıtlayacak. Ekip kısa süre önce JWST’ye, J2236+0032’nin ev sahibi galaksisini çok daha ayrıntılı olarak incelemek için bir sonraki döngüsünde ek süre verildiğini öğrendi.

Referans: Xuheng Ding, Masafusa Onoue, John D. Silverman, Yoshiki Matsuoka, Takuma Izumi, Michael A. Strauss, Knud Jahnke, Camryn L. Phillips, Junyao Li, “6’nın üzerindeki kırmızıya kaymalarda kuasar ev sahibi galaksilerden gelen yıldız ışığının tespiti” Marta Volonteri, Zoltan Haiman, Irham Taufik Andika, Kentaro Aoki, Shunsuke Baba, Rebekka Bieri, Sarah EI Bosman, Connor Bottrell, Anna-Christina Eilers, Seiji Fujimoto, Melanie Habouzit, Masatoshi Imanishi, Kohei Inayoshi, Kazushi Iwasawa, Nobunari Kashikawa, Toshihiro Kawaguchi, Kotaro Kohno, Chien-Hsiu Lee, Alessandro Lupi, Jianwei Lyu, Tohru Nagao, Roderik Overzier, Jan-Torge Schindler, Malte Schramm, Kazuhiro Shimasaku, Yoshiki Toba, Benny Trakhtenbrot, Maxime Trebitsch, Tommaso Treu, Hideki Umehata, Bram P Venemans, Marianne Vestergaard, Fabian Walter, Feige Wang ve Jinyi Yang, 28 Haziran 2023, Doğa.
DOI: 10.1038/s41586-023-06345-5