Lubang hitam supermasif di galaksi ‘sedikit merah kecil’ adalah 1.000 kali lebih besar dari yang seharusnya, dan para astronom tidak tahu mengapa
Menggunakan James Webb Space Telescope (JWST), para astronom telah menemukan lubang hitam supermasif yang jauh dan terlalu besar di alam semesta awal. Lubang hitam tampak terlalu masif dibandingkan dengan massa bintang -bintang di galaksi yang menjadi tuan rumah mereka.
Di alam semesta modern, untuk galaksi yang dekat dengan milik kita Bimasakti, lubang hitam supermasif Cenderung memiliki massa yang sama dengan sekitar 0,01% dari massa bintang dari galaksi inang mereka. Dengan demikian, untuk setiap 10.000 massa matahari yang dikaitkan dengan bintang di galaksi, ada sekitar satu massa matahari dari lubang hitam supermasif pusat.
Dalam studi baru, para peneliti secara statistik menghitung bahwa lubang hitam supermasif di beberapa galaksi awal yang terlihat oleh JWST memiliki massa 10% dari massa bintang galaksi mereka. Itu berarti untuk setiap 10.000 massa matahari di bintang -bintang di masing -masing galaksi ini, ada 1.000 massa matahari dari lubang hitam supermasif.
“Massa lubang hitam supermasif ini sangat tinggi dibandingkan dengan massa bintang galaksi yang menjadi tuan rumah,” pemimpin tim Jorryt Matthee, seorang ilmuwan di Institute of Science and Technology Austria (ISTA), mengatakan kepada Space.com. “Pada nilai nominal, pengukuran kami menyiratkan bahwa massa lubang hitam supermasif adalah 10% dari massa bintang di galaksi yang kami pelajari.”
“Dalam skenario yang paling ekstrem, ini akan menyiratkan bahwa lubang hitam itu 1.000 kali terlalu berat.”
Penemuan ini dapat membawa para astronom selangkah lebih dekat untuk memecahkan misteri bagaimana lubang hitam supermasif dengan massa jutaan atau bahkan miliaran kali matahari tumbuh begitu cepat di alam semesta awal.
“Daripada mengatakan penemuan ini ‘meresahkan,’ saya akan mengatakan itu ‘menjanjikan,’ seperti yang disarankan oleh perbedaan besar bahwa kita akan belajar sesuatu yang baru,” tambah Matthee.
Ceritanya dimulai dengan titik merah kecil
Sejak JWST mulai berseri -seri kembali ke Bumi pada musim panas 2022, teleskop $ 10 miliar telah membantu para astronom memperbaiki pemahaman mereka tentang Cosmos awal.
Ini termasuk penemuan lubang hitam supermasif dengan jutaan massa matahari ketika alam semesta berusia kurang dari satu miliar tahun. Ini bermasalah, karena para ilmuwan memperkirakan bahwa rantai merger dari lubang hitam yang semakin besar dan pemberian makan yang rakus pada materi di sekitarnya yang mengarahkan lubang hitam ke ukuran supermasif dianggap lebih dari satu miliar tahun.
Aspek penting lain dari penyelidikan ini Alam semesta awal oleh JWST telah menjadi penemuan “Galaksi titik merah kecil“beberapa di antaranya hanya ada 1,5 miliar tahun setelah Big Bangketika alam semesta sekitar 11% dari usia saat ini.
Warna merah dari galaksi awal yang sangat cerah ini dianggap berasal dari gas dan debu di awan materi yang rata di sekitar lubang hitam supermasif yang disebut disk akresi. Saat lubang hitam raksasa memakan masalah ini, mereka memancarkan energi elektromagnetik dalam jumlah besar, dari daerah kompak yang dikenal sebagai Nukleus Galactic Aktif (AGN).
“Pada tahun 2023 dan 2024, kami dan kelompok -kelompok lain menemukan populasi AGN yang sebelumnya tersembunyi di alam semesta awal dalam set data pertama dari JWST,” kata Matthee. “Cahaya yang kita lihat dari benda -benda ini, khususnya cahaya merah, berasal dari disk akresi di sekitar lubang hitam supermasif.
“Objek -objek ini dikenal sebagai ‘titik merah kecil’ karena itulah yang muncul dalam gambar JWST.”
Saat ini, populasi galaksi awal ini sangat menarik, meskipun kurang dipahami. Misalnya, di alam semesta awal, titik-titik merah kecil tampaknya jauh lebih banyak dibandingkan dengan populasi AGN yang diketahui sebelumnya yang terlihat dari bumi sebagai bertenaga lubang hitam supermasif quasar.
Terkait: Apa yang terjadi sebelum Big Bang?
“Titik-titik merah kecil juga menunjukkan beberapa sifat yang sangat luar biasa, seperti pingsan dalam emisi sinar-X, yang sangat tidak biasa untuk AGN, dan emisi inframerah juga tidak biasa,” kata Matthee. “Karena komplikasi ini, kami berjuang untuk menafsirkan cahaya yang kami amati dari titik -titik merah kecil, yang berarti sangat sulit untuk mempelajari sifat -sifat mereka.”
Di sinilah pekerjaan baru Matthee dan rekannya masuk. Menggunakan set data dari tahun JWST tahun 2 (siklus 2) “semua hal kecil (alt)” survei, tim membangun peta 3D yang tepat dari semua galaksi di wilayah tertentu di langit.
“Di dalam wilayah itu, kami telah mengidentifikasi tujuh titik merah kecil, mirip dengan penelitian sebelumnya, tetapi sekarang kami telah dapat membandingkan lokasi titik -titik merah kecil ini di peta galaksi 3D,” kata Matthee.
Titik -titik merah kecil tim terletak sangat jauh sehingga cahaya mereka telah melakukan perjalanan kepada kami selama sekitar 12,5 miliar tahun. Mereka dikelompokkan dalam apa yang disebut Jaring galaksi kosmik, dengan posisi mereka sangat penting.
Galaksi titik merah kecil adalah potongan di web kosmik
Posisi galaksi di jaring kosmik tergantung pada jenis galaksi. Galaksi besar yang lebih berevolusi, ditemukan di daerah yang terlalu padat seperti node di mana untaian web terhubung.Galaksi yang lebih muda dan bermassa rendah cenderung ditemukan di daerah yang kurang padat dari jaring kosmik, di sepanjang untaian individu jauh dari node.
“Kami telah menemukan bahwa titik-titik merah kecil berada di lingkungan yang menyerupai bermassa rendah, galaksi muda,” kata Matthee. “Ini menyiratkan bahwa galaksi titik merah kecil juga merupakan galaksi muda bermassa rendah.”
Fakta bahwa galaksi titik merah kecil ini berisi AGN telah memberikan bukti bahwa lubang hitam awal secara aktif tumbuh di galaksi dengan massa bintang serendah sekitar 100 juta kali matahari.
Salah satu penjelasan yang mungkin untuk ini adalah bahwa lubang hitam supermasif di alam semesta awal berhasil membentuk dan tumbuh jauh lebih efisien daripada yang ada di alam semesta saat ini. Ini bisa jadi karena lebih konsumsi cepat gas di sekitarnya dan materi.
“Menurut pendapat saya, penjelasan yang paling mungkin adalah pertumbuhan lubang hitam supermasif yang sangat cepat yang dipupuk oleh kepadatan gas galaksi yang tinggi di alam semesta awal,” kata Matthee. “Kepadatan ini secara bersamaan mengarah pada kepadatan bintang yang tinggi, yang mempromosikan pembentukan lubang hitam supermasif melalui memfasilitasi tabrakan lubang hitam yang tersisa.”
Jika itu benar, maka pembentukan bintang dan lubang hitam supermasif di galaksi secara intrinsik terkait, dengan proses ini tergantung satu sama lain. Meskipun lubang hitam supermasif tumbuh lebih cepat di galaksi awal, pembentukan bintang menyusul, yang mengarah ke rasio massa 1: 100 yang terlihat hari ini.
Ini belum mengkonfirmasi teori pertumbuhan yang cepat atas penjelasan pertumbuhan lubang hitam supermasif lainnya, seperti gagasan bahwa raksasa kosmik ini tumbuh dari biji lubang hitam besar -besaran yang diciptakan oleh keruntuhan langsung awan besar gas dan debu.
Namun, Matthee menambahkan bahwa sekarang akan sulit bagi para ahli teori untuk berkeliling massa galaksi host rendah ketika teori yang bersaing dipertimbangkan.
Matthee menjelaskan bahwa langkah selanjutnya untuk tim dan untuk komunitas astronomi yang lebih luas adalah untuk menghilangkan kemungkinan bahwa rasio massa massa/lubang hitam bintang yang mereka temukan bukan hasil dari pengukuran yang tidak akurat atau bias seleksi yang mungkin lebih menyukai yang paling aktif dan dengan demikian lubang hitam supermasif besar.
Ini kemungkinan akan melibatkan penemuan galaksi titik merah yang lebih kecil, perburuan yang tidak diragukan lagi akan menjadi jantung.
“JWST telah penting karena dua alasan utama: tanpanya, kami tidak akan menemukan populasi AGN yang samar itu,” Matthee menyimpulkan. “Juga, tanpa JWST, kami tidak akan dapat membuat peta 3D yang akurat dari distribusi galaksi yang kami gunakan untuk menyimpulkan sifat -sifat galaksi yang menampung AGN yang samar.
“Ini bidang penelitian yang sangat menarik saat ini!”
Penelitian tim belum diterbitkan dalam jurnal peer-review. Itu telah diposting di situs repositori kertas arxiv.
Awalnya diposting di Space.com.
