NASA descobre um buraco negro supermassivo recorde a mais de 13 bilhões de anos-luz de distância

Os astrônomos descobriram o buraco negro mais distante já observado com raios X, localizado na galáxia UHZ1, a mais de 13 bilhões de anos-luz de distância. Usando dados do Observatório de Raios-X Chandra e do Telescópio Espacial James Webb, os resultados sugerem que o buraco negro era massivo à nascença, desafiando as teorias atuais sobre buracos negros supermassivos no Universo primitivo. Crédito: NASA

• Um importante indicador do crescimento da massa supermassiva Buraco negro – Emissão de raios X – encontrada em uma galáxia muito, muito distante.
• Esta galáxia, UHZ1, está localizada a 13,2 mil milhões de anos-luz de distância e foi observada quando o Universo tinha apenas 3% da sua idade atual.
• NASAObservatório de Raios X Chandra e Telescópio Espacial James Webb Eles combinaram seus esforços para fazer esta descoberta.
• Esta é a melhor evidência de que alguns dos primeiros buracos negros se formaram a partir de enormes nuvens de gás.

Os astrônomos descobriram o buraco negro mais distante já detectado em raios X (em uma galáxia chamada UHZ1) usando os telescópios espaciais Chandra e Webb. A emissão de raios X é um sinal claro da presença de um buraco negro supermassivo. Este resultado pode explicar como se formaram alguns dos primeiros buracos negros supermassivos do Universo. Estas imagens mostram o aglomerado de galáxias Abell 2744 atrás de UHZ1, em raios X do Chandra e dados infravermelhos de Webb, bem como close-ups da galáxia hospedeira do buraco negro UHZ1. Fonte: Raio X: NASA/CXC/SAO/Ákos Bogdán; Infravermelho: NASA/ESA/CSA/STScI; Processamento de imagem: NASA/CXC/SAO/L. Fratari e K. Arcand

Telescópios da NASA descobrem um buraco negro recorde

Esta imagem revela o buraco negro mais distante alguma vez identificado através de raios X, potencialmente lançando luz sobre a formação dos buracos negros supermassivos mais antigos do Universo. A descoberta foi feita usando raios X do Observatório de Raios X Chandra da NASA (mostrados em roxo) e dados infravermelhos do Telescópio Espacial James Webb (mostrados em vermelho, verde e azul).

Distâncias e notas húngaras

O buraco negro extremamente distante na galáxia UHZ1 está localizado na direção do aglomerado de galáxias Abell 2744. O aglomerado de galáxias fica a cerca de 3,5 bilhões de anos-luz da Terra. No entanto, os dados de Webb revelam que UHZ1 está muito mais distante do que Abell 2744. A cerca de 13,2 mil milhões de anos-luz de distância, UHZ1 podia ser visto quando o Universo tinha apenas 3% da sua idade atual.

Lente gravitacional e detecção de raios X

Usando mais de duas semanas de observações do Chandra, os investigadores conseguiram detectar a emissão de raios X do UHZ1, uma indicação da presença de um buraco negro supermassivo a crescer no centro da galáxia. O sinal de raios X é tão fraco que o Chandra só conseguiu detectá-lo – mesmo com uma observação tão longa – devido a um fenómeno conhecido como lente gravitacional que aumentou o sinal por um factor de quatro.

Técnicas de imagem e orientação

As partes roxas da imagem mostram raios X de grandes quantidades de gás quente em Abell 2744. A imagem infravermelha mostra centenas de galáxias no aglomerado, juntamente com algumas estrelas em primeiro plano. As inserções são ampliadas para uma pequena região centrada em UHZ1. O pequeno objeto na imagem da web é a galáxia distante UHZ1 e o centro da imagem do Chandra mostra raios X vindos de material próximo ao buraco negro supermassivo no meio de UHZ1. O grande tamanho da fonte de raios X em comparação com a visão infravermelha da galáxia se deve ao fato de ela representar o menor volume que o Chandra pode resolver. Os raios X, na verdade, vêm de uma região muito menor da galáxia.

Suavização diferente foi aplicada à imagem de campo completo do Chandra e à imagem de close-up do Chandra. A suavização foi realizada em muitos pixels da imagem grande, para destacar a emissão fraca de aglomerados, às custas de não mostrar fontes pontuais de raios X fracas, como UHZ1. Muito menos suavização foi aplicada à imagem aproximada, de modo que aparecem fontes fracas de raios X. A imagem é orientada de forma que o norte aponte 42,5 graus à direita da vertical.

Ilustração: Um buraco negro pesado formou-se a partir do colapso direto de uma enorme nuvem de gás. Fonte da imagem: NASA/STScI/Leah Hostak

A importância da descoberta

A descoberta é importante para compreender como alguns buracos negros supermassivos — aqueles que contêm até milhares de milhões de massas solares e encontrados nos centros das galáxias — podem atingir massas massivas logo após o Big Bang. Serão formados diretamente a partir do colapso de enormes nuvens de gás, criando buracos negros pesando entre dez mil e cem mil sóis? Ou será que vem das explosões das primeiras estrelas que criaram buracos negros com massa de apenas cerca de dez a cem sóis?

Resultados da pesquisa e implicações teóricas

A equipe de astrônomos encontrou fortes evidências de que o buraco negro recém-descoberto em UHZ1 nasceu massivo. Eles estimam que sua massa esteja entre 10 e 100 milhões de sóis, com base no brilho e na energia dos raios X. Esta gama de massa é semelhante à de todas as estrelas da galáxia em que vivem, o que contrasta fortemente com os buracos negros nos centros das galáxias no universo próximo, que normalmente contêm apenas cerca de um décimo de por cento da sua própria massa. . Hospedar estrelas da galáxia.

A grande massa do buraco negro em uma idade jovem, bem como a quantidade de raios X que ele emite e o brilho da galáxia descoberta por Webb, são todos consistentes com as previsões teóricas de 2017 de um “buraco negro supermassivo” que se formou diretamente a partir de a galáxia. Colapso de uma enorme nuvem de gás.

Pesquisa e colaboração contínuas

Os investigadores planeiam usar estes e outros resultados transmitidos pelo Webb e pelos que recolhem dados de outros telescópios para preencher uma imagem mais ampla do Universo primitivo.

O artigo que descreve os resultados aparece em Astronomia da natureza. Os autores incluem Akos Bogdan (Centro de Astrofísica | Harvard e Smithsonian), Andy Golding (Universidade de Princeton), Priyamvada Natarajan (Universidade de Yale), Ursolya Kovacs (Universidade Masaryk, República Tcheca), Grant Tremblay (CFA), Urmila Chadayamuri (CfA), Marta Volontaire (Institut de Astrophysique de Paris, França), Ralph Kraft (CfA), William Fuhrmann (CfA), Christine Jones (CfA), Eugene Chorazov (Instituto Max Planck de Astrofísica, Alemanha) e Irina Zhuravleva (Universidade de Chicago).

Os dados do Webb usados ​​em ambas as pesquisas fazem parte de uma pesquisa chamada Ultradeep Nirspec e nirCam Observations Before the Era of Reionization (UNCOVER). O artigo, liderado pelo membro da equipe UNCOVER, Andy Golding, aparece em Cartas de diários astrofísicos. Os coautores incluem outros membros da equipe UNCOVER, bem como Bogdan e Natarajan. Um artigo de interpretação detalhado que compara as propriedades observadas de UHZ1 com modelos teóricos de galáxias de buracos negros massivos está atualmente em revisão e uma pré-impressão está disponível. aqui.

Referências:

“Evidência da origem de sementes pesadas para os primeiros buracos negros supermassivos do quasar de raios X az ≈ 10” por Akos Bogdan, Andy D. Golding, Priyamvada Natarajan, Ursulia E. Kovacs, Grant R. Tremblay, Urmila Chadayamuri, Marta Volontiri , Ralph P. Kraft, William R. . Forman, Christine Jones, Eugene Chorazov e Irina Zhuravleva, 6 de novembro de 2023, Astronomia da natureza.
doi: 10.1038/s41550-023-02111-9

“Descoberta: Crescimento dos primeiros buracos negros massivos do JWST/NIRSpec – Confirmação espectroscópica do desvio para o vermelho de AGN iluminado por raios X em z = 10,1” por Andy D. Golding e Jenny E. Verde e David J. Seaton, Ivo Lappé, Rachel Bezançon, Tim B. Miller, Hakim Atiq, Akos Bogdan, Gabriel Brammer, Iryna Chemerinska, Sam E. Cutler, Pratika Dayal, Yoshinobu Fudamoto, Seiji Fujimoto, Lukas J. Furtak, Vasiliy Kokorev, Gaurav Khullar, Joel Leja, Danilo Marchesini, Priyamvada Natarajan, Erika Nelson, Pascal A. Oish, Richard Pan, Casey Papovich, Sedona H. Price, Peter van Dokkum, Benjie Wang, 冰洁王, John R. Weaver, Catherine E. Whitaker e Adi Zittrain, 22 de setembro de 2023, Cartas de diários astrofísicos.
doi: 10.3847/2041-8213/acf7c5

O Marshall Space Flight Center da NASA gerencia o programa Chandra. O Centro de Raios-X Chandra do Observatório Astrofísico Smithsonian controla as operações científicas de Cambridge, Massachusetts, e as operações de voo de Burlington, Massachusetts.

O Telescópio Espacial James Webb é o principal observatório de ciências espaciais do mundo. Webb irá resolver os mistérios do nosso sistema solar, olhar para além dos mundos distantes em torno de outras estrelas e explorar as misteriosas estruturas e origens do nosso universo e o nosso lugar nele. WEB é um programa internacional liderado pela NASA com os seus parceiros, a Agência Espacial Europeia (ESA).Agência Espacial Europeia) e a Agência Espacial Canadense.