Научный релиз weic2406, esawebb.org, 4 марта 2024 года
Вглядываясь в глубины пространства и времени, две команды, использующие космический телескоп NASA/ESA/CSA Джеймса Уэбба, изучили исключительно яркую галактику GN-z11, которая существовала, когда нашей Вселенной, возрастом в 13,8 миллиарда лет, было всего около 430 миллионов лет.
Воплощая свое обещание трансформировать наше понимание ранней Вселенной, космический телескоп Джеймса Уэбба исследует галактики у самого рассвета времен. Одной из таких галактик является исключительно яркая галактика GN-z11, которая существовала, когда возраст Вселенной составлял всего лишь небольшую долю ее нынешнего возраста. Впервые обнаруженная с помощью космического телескопа NASA/ESA Хаббла, она является одной из самых молодых, самых далеких и самых загадочных наблюдаемых галактик. Почему она так ярка? Похоже, Уэбб нашел ответ.
Команда, изучавшая GN-z11 с помощью Уэбба, нашла первые четкие доказательства того, что галактика содержит центральную сверхмассивную черную дыру, которая быстро накапливает материю. Эта находка делает ее самой далекой активной сверхмассивной черной дырой, обнаруженной на сегодняшний день.
"Мы нашли чрезвычайно плотный газ, который обычно встречается вблизи сверхмассивных черных дыр, накапливающих газ," объяснил руководитель исследования Роберто Майолино из Кавендишской лаборатории и Института космологии Кавли при Университете Кембриджа в Великобритании. "Это были первые явные признаки того, что GN-z11 содержит черную дыру, которая поглощает материю."
Используя Уэбба, команда также обнаружила знаки ионизированных химических элементов, которые обычно наблюдаются рядом со сверхмассивными черными дырами с аккрецией. Кроме того, они обнаружили, что галактика извергает очень мощный ветер. Такие высокоскоростные ветра обычно вызваны процессами, связанными с интенсивно аккрецирующими сверхмассивными черными дырами.
"Камера ближнего инфракрасного диапазона Уэбба (NIRCam) показала расширенный компонент, указывающий на саму галактику и ее центральный компактный источник, цвета которого соответствуют цветам аккреционного диска черной дыры," сказала исследователь Ханна Ублер, также из Кавендишской лаборатории и Института космологии Кавли.
Вместе эти данные показывают, что GN-z11 содержит сверхмассивную черную дыру массой в два миллиона солнечных масс в очень активной фазе поглощения материи, что и объясняет ее яркость.
Вторая группа, также возглавляемая Майолино, использовала спектрограф ближнего инфракрасного диапазона Уэбба (NIRSpec) для обнаружения газового комка гелия в гало, окружающем GN-z11.
"Тот факт, что мы не видим ничего, кроме гелия, предполагает, что этот комок должен быть первичным," сказал Майолино. "Это то, что предсказывалось теорией и моделированием в окрестностях особенно массивных галактик из этих эпох — что в гало должны выживать карманы первозданного газа, и они могут сжиматься, формируя звездные скопления III Населения."
Нахождение до сих пор не обнаруженных звезд III Населения — первого поколения звезд, образованных почти полностью из водорода и гелия — является одной из самых важных целей современной астрофизики. Ожидается, что эти звезды будут очень массивными, очень яркими и очень горячими. Их отличительной чертой будет наличие ионизированного гелия и отсутствие химических элементов тяжелее гелия.
Формирование первых звезд и галактик ознаменовало фундаментальный сдвиг в космической истории, в ходе которой Вселенная эволюционировала от темного и относительно простого состояния к высоко организованной и сложной среде, которую мы видим сегодня.
В будущих наблюдениях Уэбба Майолино, Ублер и их команда изучат GN-z11 более глубоко и надеются укрепить аргументацию в пользу звезд III Населения, которые могут формироваться в ее гало.
Исследование первозданного газового комка в гало GN-z11 было принято к публикации в журнале Astronomy & Astrophysics. Результаты исследования черной дыры GN-z11 были опубликованы в журнале Nature 17 января 2024 года. Данные были получены в рамках продвинутого глубокого внегалактического обзора JWST (JADES), совместного проекта команд NIRCam и NIRSpec.
Ссылки:
