¿Qué pasó con todos los agujeros negros supermasivos? Los astrónomos quedaron sorprendidos por los datos de Webb

Telescopio espacial James Webb Un estudio revela menos agujeros negros supermasivos de lo que se suponía

Un estudio de la Universidad de Kansas de una franja del universo utilizando el telescopio espacial James Webb ha revelado núcleos galácticos activos (agujeros negros supermasivos que están aumentando rápidamente de tamaño) que son más raros de lo que muchos astrónomos suponían anteriormente.

Los resultados, obtenidos del instrumento de infrarrojo medio (MIRI) de JWST, sugieren que nuestro universo puede ser un poco más estable de lo que se suponía anteriormente. El trabajo también proporciona información sobre las observaciones de galaxias débiles, sus propiedades y los desafíos para identificar AGN.

Detalles del estudio

Recientemente se publicó en arXiv Antes de que se publique la revisión formal por pares en el Diario astrofísico.

El trabajo, dirigido por Alison Kirkpatrick, profesora asistente de física y astronomía en KU, se centró en una región del universo estudiada durante mucho tiempo llamada barra extendida de Groth, ubicada entre las constelaciones de la Osa Mayor y Boötes. Sin embargo, los exámenes anteriores de la región se basaron en una generación de telescopios espaciales menos potente.

«Nuestras observaciones se realizaron en junio y diciembre pasados, y nuestro objetivo era describir cómo se ven las galaxias durante el pico de formación estelar en el universo», dijo Kirkpatrick. «Esta es una mirada atrás en el tiempo hace entre 7 y 10 mil millones de años. Usamos el instrumento de infrarrojo medio del Telescopio Espacial James Webb para observar el polvo en galaxias que existieron hace 10 mil millones de años, y este polvo podría enmascarar El proceso de formación de estrellas persistentes puede ocultar agujeros negros supermasivos en crecimiento. Así que realicé el primer estudio para buscar estos agujeros negros supermasivos que acechan en los centros de estas galaxias.

Mostramos MIRI apuntando a 1 (panel derecho) junto con observaciones de Spitzer/IRAC (centro) y MIPS (izquierda).
Misma area. Las aperturas muestran la ubicación de las fuentes detectadas en cada imagen (solo región MIRI). Para MIPS (IRAC)
En la foto, los agujeros miden 6 pulgadas (2 pulgadas), lo que corresponde al tamaño del haz del dispositivo. En la imagen IRAC, el azul corresponde al canal.
1 (3,6 µm), el verde corresponde al canal 2 (4,5 µm) y el rojo corresponde al canal 3 (5,8 µm). En la imagen MIRI, el filtro de 770W es azul, el F1000W es verde y el F1280W es rojo. Crédito: Kirkpatrick et al., arXiv:2308.09750

Resultados e implicaciones

Si bien cada galaxia se caracteriza por la presencia de enormes masas Agujero negro En el medio hay núcleos activos más excitantes, que son perturbaciones más excitantes que atraen gas y exhiben una luminosidad ausente en los agujeros negros típicos.

Kirkpatrick y muchos compañeros astrofísicos esperaban que el estudio de alta resolución realizado por el Telescopio Espacial James Webb identificara las ubicaciones de muchas más galaxias activas que el estudio anterior realizado con el Telescopio Espacial Spitzer. Sin embargo, incluso con el aumento de potencia y sensibilidad de MIRI, se encontraron algunos AGN adicionales en la nueva encuesta.

«Los resultados fueron muy diferentes de lo que esperaba, lo que me llevó a mi primera gran sorpresa», dijo Kirkpatrick. «Un descubrimiento importante fue la escasez de agujeros negros supermasivos de rápido crecimiento. Este descubrimiento planteó preguntas sobre dónde existen estas cosas. Resulta que estos agujeros negros probablemente estén creciendo a un ritmo más lento de lo que se pensaba anteriormente, lo cual es interesante, dado que Las galaxias que examinaron son como nuestra galaxia. vía Láctea del pasado. Observaciones anteriores con Spitzer nos han permitido estudiar galaxias más brillantes y masivas que contienen agujeros negros supermasivos de rápido crecimiento, lo que las hace más fáciles de detectar.

Kirkpatrick dijo que un importante enigma en astronomía radica en comprender cómo los típicos agujeros negros supermasivos, como los que se encuentran en galaxias como la Vía Láctea, crecen y afectan a su galaxia anfitriona.

Ella dijo: «Los resultados del estudio indican que estos agujeros negros no crecen rápidamente, absorben material limitado y pueden no afectar significativamente a sus galaxias anfitrionas». “Este descubrimiento abre una perspectiva completamente nueva sobre el crecimiento de los agujeros negros, ya que nuestra comprensión actual se basa en gran medida en los agujeros negros más masivos de las galaxias más grandes, que tienen grandes impactos en sus anfitriones, pero es probable que los agujeros negros más pequeños en estas galaxias tengan grandes impactos. un impacto significativo”. No.»

Los ingenieros trabajaron meticulosamente para implantar el instrumento de infrarrojo medio del Telescopio Espacial James Webb en ISIM, o Módulo de Instrumentos Científicos Integrados, en una sala limpia del Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, el 29 de abril de 2013. Como sucesor del Telescopio Espacial Hubble de la NASA , lo hará El Telescopio Webb es el telescopio espacial más poderoso jamás construido. Observará los objetos más distantes del universo, proporcionará imágenes de las primeras galaxias que se formaron y verá planetas inexplorados orbitando estrellas distantes.

El astrónomo de la Universidad de Kuwait afirmó que otro resultado sorprendente es la ausencia de polvo en estas galaxias.

«Utilizando el telescopio espacial James Webb, podemos identificar galaxias mucho más pequeñas que nunca, incluidas aquellas del tamaño de la Vía Láctea o incluso más pequeñas, lo que antes era imposible con estos corrimientos al rojo (distancias cósmicas)», dijo Kirkpatrick. «Normalmente, las galaxias más masivas tienen abundante polvo debido a sus rápidas tasas de formación de estrellas. Supuse que las galaxias de menor masa también contendrían grandes cantidades de polvo, pero no fue así, lo que desafía mis expectativas y proporciona otro descubrimiento interesante».

Según Kirkpatrick, este trabajo cambia la comprensión de cómo crecen las galaxias, especialmente en lo que respecta a la Vía Láctea.

«Nuestro agujero negro parece estar bastante tranquilo y no muestra mucha actividad», dijo. «Una cuestión importante con respecto a la Vía Láctea es si está activa o ha pasado por una fase AGN. Si la mayoría de las galaxias, como la nuestra, carecen de núcleos galácticos activos detectables, podría significar que nuestro agujero negro no fue más activo en el pasado. En última instancia, este conocimiento ayudará a limitar y medir las masas de los agujeros negros y arrojará luz sobre los orígenes del crecimiento de los agujeros negros, que sigue siendo una pregunta sin respuesta.

Referencia: “Séptimo artículo importante del CEERS: JWST/MIRI revela una población débil de galaxias en el mediodía cósmico invisible para Spitzer” por Alison Kirkpatrick, Guang Yang, Aurélien Le Bell, Greg Troianni, Eric F. Bell, Nico J. Cleary, David Elbaz, esteban l. Finkelstein, Nimesh B. Hathi, Michaela Hirschman, Ben W. Holwerda, Dale D. Koszewski, Ray A. Lucas, Jed McKinney, Casey Papovich, Pablo J. Pérez González, Alexander de la Vega, Michaela B. Bagley, Emanuel Duddy, Mark Dickinson, Henry C. Ferguson, Adriano Fontana, Andrea Grazian, Norman A. Grojín, Pablo Arrabal Haro, Jehan S. Kartaltepe, Lisa J. Kelly, Antón M. Kokemuir, Jennifer M. Lutz, Laura Pinterici, Noor Pierzkal, Swara Ravindranath, Rachel S. Somerville, Jonathan R. Trump, Stephen M. Wilkins, LE Aaron Young, teniente coronel, Diario astrofísico.
arXiv:2308.09750

Kirkpatrick recientemente obtuvo un importante tiempo adicional en JWST para realizar un estudio más amplio del campo Extended Groth Strip utilizando MIRI. Su artículo actual incluía alrededor de 400 galaxias. Su próximo estudio (MEGA: MIRI EGS Galaxy y AGN Survey) incluirá alrededor de 5.000 galaxias. Está previsto que las obras finalicen en enero de 2024.