חורים שחורים "מפלצת" עתיקים נחשפו: אסטרונומי MIT לוכדים אור כוכבים חמקמק מהקוואזרים המוקדמים

ניקולס

חורים שחורים "מפלצת" עתיקים נחשפו: אסטרונומי MIT לוכדים אור כוכבים חמקמק מהקוואזרים המוקדמים

ממצאים חדשים של MIT מראים שחורים שחורים סופר-מאסיביים מוקדמים צמחו במהירות מזרעים קוסמיים גדולים, ומאתגרים את ההבנות הקודמות של היווצרות גלקסיות. קרדיט: twoday.co.il.com

אור כוכבים עתיק מהקוואזרים המוקדמים ביותר נתפס על ידי MIT אסטרונומים, חושפים שכמה מהחורים השחורים ה"מפלצתיים" המוקדמים ביותר צמחו ככל הנראה מזרעים קוסמיים מסיביים.

אסטרונומים של MIT צפו באור הכוכבים הקלוש המקיף כמה מהקוואזרים המוקדמים ביותר ביקום. האותות הרחוקים הללו, שמקורם לפני יותר מ-13 מיליארד שנה בתקופת הינקות של היקום, מספקים תובנות לגבי התפתחות החורים השחורים והגלקסיות הראשונים.

קוואזרים הם המרכזים הבוהקים של גלקסיות פעילות, המארחות סופר-מסיביות בלתי נדלות חור שחור בליבה שלהם. רוב הגלקסיות מארחות חור שחור מרכזי שעשוי להתענג באופן ספורדי על גז ופסולת כוכבים, וליצור פרץ אור קצר בצורת טבעת זוהרת כאשר החומר מתערבל פנימה לעבר החור השחור.

לעומת זאת, קוואזרים פועלים בקנה מידה אחר. הם יכולים לצרוך כמויות עצומות של חומר על פני פרקי זמן ארוכים בהרבה, וליצור טבעת בהירה במיוחד ועמידה – כל כך בהירה, למעשה, שקוואזרים הם בין העצמים המאירים ביותר ביקום.

התקדמות באסטרונומיה תצפיתית

מכיוון שהם כה בהירים, קוואזרים עולים על שאר הגלקסיה שבה הם שוכנים. אבל צוות MIT הצליח לראשונה לצפות באור חלש הרבה יותר מכוכבים בגלקסיות המארחות של שלושה קוואזרים עתיקים.

בהתבסס על אור כוכבים חמקמק זה, החוקרים העריכו את המסה של כל גלקסיה מארחת, בהשוואה למסה של החור השחור העל-מסיבי המרכזי שלה. הם גילו שעבור הקוואזרים הללו, החורים השחורים המרכזיים היו הרבה יותר מסיביים ביחס לגלקסיות המארחות שלהם, בהשוואה לעמיתיהם המודרניים.

J0148 קוואזר

תמונה של טלסקופ ג'יימס ווב מציגה את הקוואזר J0148 מוקף באדום. שני תוספות מציגות, למעלה, את החור השחור המרכזי, ולמטה, את פליטת הכוכבים מהגלקסיה המארחת. קרדיט: באדיבות החוקרים; נאס"א

אבולוציה של חורים שחורים מוקדמים

הממצאים, שפורסמו לאחרונה ב- כתב עת אסטרופיזי, עשוי לשפוך אור על האופן שבו החורים השחורים הסופר-מאסיביים המוקדמים ביותר הפכו כה מסיביים למרות שיש להם פרק זמן קוסמי קצר יחסית לגדול בו. בפרט, ייתכן שהחורים השחורים המפלצתיים המוקדמים ביותר נבטו מ"זרעים" מסיביים יותר מאשר חורים שחורים מודרניים יותר.

"לאחר שהיקום נוצר, היו חורים שחורים זרעים שצרכו חומר וצמחו תוך זמן קצר מאוד", אומר מחבר המחקר Minghao Yue, פוסט דוקטורט במכון Kavli לחקר אסטרופיזיקה וחלל החלל של MIT. "אחת השאלות הגדולות היא להבין איך החורים השחורים המפלצתיים האלה יכולים לגדול כל כך גדולים, כל כך מהר."

"החורים השחורים האלה מסיביים פי מיליארדים מהשמש, בתקופה שבה היקום עדיין בחיתוליו", אומרת מחברת המחקר אנה-כריסטינה איילרס, פרופסור לפיזיקה ב-MIT. "התוצאות שלנו מרמזות שביקום המוקדם, חורים שחורים סופר מסיביים עשויים לצבור את המסה שלהם לפני שהגלקסיות המארחות שלהם עשו זאת, וזרעי החורים השחורים הראשוניים היו יכולים להיות מסיביים יותר מאשר היום."

המחברים המשותפים של איילרס ויואה כוללים את מנהל MIT Kavli רוברט סימקו, עמית MIT האבל והפוסט-דוקטורט רוהאן נאידו, ומשתפי פעולה בשוויץ, אוסטריה, יפן וב- אוניברסיטת צפון קרולינה סטייט.

ליבות מסנוורות

עוצמת הארה הקיצונית של קוואזר הייתה ברורה מאז שאסטרונומים גילו את העצמים לראשונה בשנות ה-60. הם הניחו אז שהאור של הקוואזר נובע מ"מקור נקודתי" בודד דמוי כוכב. מדענים כינו את העצמים "קוואזרים", כפורטמנטו של עצם "מעין-כוכבי". מאז אותן תצפיות ראשונות, מדענים הבינו שקוואזרים למעשה אינם כוכבים במקורם, אלא נובעים מהצטברות של חורים שחורים סופר-מסיביים עוצמתיים ומתמשכים היושבים במרכזן של גלקסיות המארחות גם כוכבים, שהם הרבה יותר חלשים בהשוואה למסנוור שלהם. ליבות.

זה היה מאוד מאתגר להפריד את האור מהחור השחור המרכזי של הקוואזר מהאור של כוכבי הגלקסיה המארחת. המשימה היא קצת כמו להבחין בשדה של גחליליות סביב זרקור מרכזי ומסיבי. אבל בשנים האחרונות, לאסטרונומים היה סיכוי הרבה יותר טוב לעשות זאת עם שיגורו של טלסקופ החלל ג'יימס ווב (JWST) של נאס"א, שהצליח להציץ רחוק יותר אחורה בזמן, וברגישות ורזולוציה גבוהים בהרבה מכל קיים. מִצפֵּה כּוֹכָבִים.

במחקר החדש שלהם, Yue ו-Eilers השתמשו בזמן ייעודי ב-JWST כדי לצפות בשישה קוואזרים ידועים, עתיקים, לסירוגין מהסתיו 2022 ועד האביב הבא. בסך הכל, הצוות אסף יותר מ-120 שעות של תצפיות על ששת העצמים הרחוקים.

"הקוואזר עולה על הגלקסיה המארחת שלו בסדרי גודל. והתמונות הקודמות לא היו חדות מספיק כדי להבחין איך נראית הגלקסיה המארחת עם כל הכוכבים שלה", אומר יו. "עכשיו, בפעם הראשונה, אנו מסוגלים לחשוף את האור מהכוכבים הללו על ידי מודל זהיר מאוד של התמונות החדות הרבה יותר של JWST של הקוואזרים האלה."

ניתוח אור כוכבים עתיק

הצוות בחן את נתוני ההדמיה שנאספו על ידי JWST של כל אחד מששת הקוואזרים הרחוקים, שהם העריכו כבני כ-13 מיליארד שנים. הנתונים הללו כללו מדידות של האור של כל קוואזר באורכי גל שונים. החוקרים הזינו את הנתונים הללו למודל של כמה מהאור הזה מגיע ככל הנראה מ"מקור נקודתי" קומפקטי, כמו דיסקת הצבירה של חור שחור מרכזי, לעומת מקור מפוזר יותר, כמו אור מהכוכבים המפוזרים של הגלקסיה המארחת. .

באמצעות המודל הזה, הצוות חילק את האור של כל קוואזר לשני מרכיבים: אור מהדיסק המאירה של החור השחור המרכזי ואור מהכוכבים המפוזרים יותר של הגלקסיה המארחת. כמות האור משני המקורות היא השתקפות של המסה הכוללת שלהם. החוקרים מעריכים כי עבור הקוואזרים הללו, היחס בין המסה של החור השחור המרכזי למסה של הגלקסיה המארחת היה בערך 1:10. זה, הם הבינו, עומד בניגוד מוחלט למאזן המסה של היום של 1:1,000, שבו החורים השחורים שנוצרו לאחרונה הם הרבה פחות מאסיביים בהשוואה לגלקסיות המארחות שלהם.

"זה אומר לנו משהו על מה שצומח קודם: האם זה החור השחור שגדל ראשון, ואז הגלקסיה מדביקה את הפער? או שמא הגלקסיה והכוכבים שלה גדלים לראשונה, והם שולטים ומווסתים את צמיחת החור השחור?" איילר מסביר. "אנו רואים שחורים שחורים ביקום המוקדם צומחים מהר יותר מהגלקסיות המארחות שלהם. זו עדות טנטטיבית לכך שזרעי החורים השחורים הראשונים היו יכולים להיות מסיביים יותר אז".

"בטח היה איזה מנגנון שגרם לחור שחור לצבור את המסה שלו מוקדם יותר מהגלקסיה המארחת שלו באותן מיליארד השנים הראשונות", מוסיף יואה. "זו סוג של העדות הראשונה שאנחנו רואים לזה, וזה מרגש."

ניקולס