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所有超大质量黑洞都发生了什么? 天文学家对韦伯的数据感到惊讶

所有超大质量黑洞都发生了什么? 天文学家对韦伯的数据感到惊讶

使用詹姆斯·韦伯太空望远镜进行的一项研究发现,活跃的星系核和快速增长的超大质量黑洞并不像之前想象的那么常见。 这一发现指出了一个更加稳定的宇宙,并提供了对较暗星系和识别这些核心的挑战的深入了解。

詹姆斯·韦伯太空望远镜 调查显示超大质量黑洞比假设的要少

堪萨斯大学使用詹姆斯·韦伯太空望远镜对宇宙的一大片区域进行的调查显示,活跃的星系核——尺寸迅速增大的超大质量黑洞——比许多天文学家之前假设的要罕见。

利用 JWST 中红外仪器 (MIRI) 得出的结果表明,我们的宇宙可能比假设的更稳定一些。 这项工作还深入了解了微弱星系的观测、它们的特性以及定义活动星系核的挑战。

研究详情

一篇新论文详细介绍了 JWST 研究,该研究是在宇宙进化早期发布科学 (CEERS) 计划的支持下进行的,最近在 arXiv 在正式同行评审发表之前 天体物理学杂志

这项工作由科威特大学物理学和天文学助理教授艾莉森·柯克帕特里克(Alison Kirkpatrick)领导,重点研究了宇宙中一个长期研究的区域,称为格罗斯酒吧(Groth Bar),该区域位于大熊座和牧夫座之间。 然而,之前对该地区的检查依赖于功率较弱的一代太空望远镜。

柯克帕特里克说:“我们的观测是在去年六月和十二月进行的,我们的目的是描述宇宙中恒星形成高峰期星系的样子。” “这是对过去 7 到 100 亿年前的回顾。我们使用詹姆斯·韦伯太空望远镜上的中红外仪器来观察过去 100 亿年前存在的星系中的尘埃,这些尘埃可以掩盖了恒星的形成过程,持久的恒星,并且它可以隐藏不断增长的超大质量黑洞。所以我进行了第一次调查,寻找这些潜伏在这些星系中心的超大质量黑洞。

Mary Spitzer/IRAC MIPS 网络比较

我们显示 MIRI 指示 1(右图)以及 Spitzer/IRAC(中)和 MIPS(左)的观察结果
相同区域。 孔径显示每个图像中检测到的源的位置(仅限 MIRI 区域)。 对于 MIPS(IRAC)
在图像中,孔为 6 英寸(2 英寸),对应于设备的光束尺寸。 在IRAC图像中,蓝色对应通道
1 (3.6 µm),绿色对应通道 2 (4.5 µm),红色对应通道 3 (5.8 µm)。 在 MIRI 图像中,770W 滤镜为蓝色,F1000W 为绿色,F1280W 为红色。 图片来源:Kirkpatrick 等人,arXiv:2308.09750

结果和影响

虽然每个星系的特点是存在巨大的质量 黑洞 中间是更令人兴奋的活性核,更令人兴奋的扰动,它们吸引气体并表现出典型黑洞所不具备的光度。

柯克帕特里克和几位天体物理学家同事预测,詹姆斯·韦伯太空望远镜进行的高分辨率勘测将比斯皮策太空望远镜之前的勘测找到更多活跃的活跃星系。 然而,即使 MIRI 的功率和灵敏度有所提高,新调查中仍然发现了一些额外的活动星系核。

“结果看起来与我的预期完全不同,这让我第一次大吃一惊,”柯克帕特里克说。 “重要的发现之一是快速增长的超大质量黑洞非常罕见。这一发现引发了关于这些物体可能位于何处的疑问。事实证明,这些黑洞的增长速度可能比之前想象的要慢,这使得很有趣,因为我检查的星系与我们的星系相似。 银河系 从过去。 斯皮策望远镜之前的观测使我们能够研究更亮、质量更大的星系,这些星系包含快速增长的超大质量黑洞,使它们更容易被发现。

柯克帕特里克说,天文学中的一个重要难题是了解典型的超大质量黑洞(例如在银河系等星系中发现的黑洞)如何生长并影响其宿主星系。

“研究结果表明,这些黑洞不会快速增长,吸收有限的物质,并且可能不会对其宿主星系产生重大影响,”她说。 “这一发现为黑洞的增长开辟了一个全新的视角,因为我们目前的理解很大程度上是基于最大星系中较大质量的黑洞对其宿主产生巨大影响,但这些星系中较小的黑洞很可能产生重大影响。” 不。”

韦伯太空望远镜安装中红外仪器(MIRI)

2013 年 4 月 29 日,工程师们在位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心的洁净室中精心植入詹姆斯·韦伯太空望远镜的 ISIM 中红外仪器,即集成科学仪器模块。作为美国宇航局哈勃太空望远镜探测器的后继者,这将是韦伯望远镜是有史以来最强大的太空望远镜。 它将观测宇宙中最遥远的天体,提供最早形成的星系的图像,并观察绕遥远恒星运行的未探索的行星。

科威特大学天文学家说,另一个令人惊讶的发现是这些星系中不存在尘埃。

柯克帕特里克说:“利用詹姆斯·韦伯太空望远镜,我们可以识别比以前小得多的星系,包括那些像银河系一样大甚至更小的星系,这在以前在这些红移(宇宙距离)下是不可能的。” “通常情况下,由于恒星形成速度较快,质量较大的星系会含有丰富的尘埃。我原以为质量较小的星系也会含有大量尘埃,但事实并非如此,这超出了我的预期,并产生了另一个有趣的发现。

柯克帕特里克表示,这项工作改变了人们对星系生长方式的理解,尤其是与银河系的关系。

“我们的黑洞似乎完全平静,没有表现出太多的活动,”她说。 “关于银河系的一个重要问题是它是否活跃或者已经经历了活动星系核阶段。如果大多数星系,比如我们自己的星系,缺乏可检测到的活动星系核,这可能意味着我们的黑洞在过去并不活跃。最终,这些知识将有助于限制和测量黑洞的质量,并揭示黑洞生长的起源,这仍然是一个悬而未决的问题。

参考文献:“CEERS 主要论文 VII:JWST/MIRI 揭示了斯皮策在宇宙正午未见的少数星系”作者:Allison Kirkpatrick、Guang Yang、Aurelian Le Bell、Greg Troiani、Eric F Bell、Nico J. Cleary、David Elbaz、Stephen L. 芬克尔斯坦,尼米什 B. 哈蒂、米凯拉·赫希曼、本·W·霍尔维达、戴尔·D. 科泽夫斯基,雷 A. 卢卡斯、杰德·麦金尼、凯西·巴博维奇、巴勃罗·J·佩雷斯·冈萨雷斯、亚历山大·德拉·维加、米凯拉·B. 巴格利、伊曼纽尔爸爸、马克·迪金森、亨利·C. 弗格森、阿德里亚诺·丰塔纳、安德里亚·格拉齐安、诺曼·A. 格罗斯让、巴勃罗·阿拉巴尔·哈罗、杰汉·S. 卡塔尔特佩,丽莎·J. 凯利,安东尼·M. 库克缪尔,詹妮弗·M. 卢茨、劳拉·平特里奇、努尔·比尔兹卡尔、斯瓦拉·拉文德拉纳特、雷切尔·S. 萨默维尔,乔纳森 R. 特朗普,斯蒂芬·M. 威尔金斯,洛杉矶,亚伦·杨,主持人。 天体物理学杂志
arXiv:2308.09750

柯克帕特里克 (Kirkpatrick) 最近获得了 JWST 的新高级职位,以利用 MIRI 对格罗斯地带延伸区进行更大规模的实地调查。 她目前的论文包括大约 400 个星系。 其即将进行的巡天(MEGA:MIRI EGS 星系和 AGN 巡天)将包括约 5,000 个星系。 该工作计划于 2024 年 1 月进行。

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