Mithilfe des James-Webb-Weltraumteleskops (JWST) haben Astronomen herausgefunden, dass unser 13,8 Milliarden Jahre altes Universum, als es zwischen 4 und 6 Milliarden Jahre alt war, weniger supermassive Schwarze Löcher als Nahrungsquelle aufwies als bisher erwartet.
Solche supermassiven Schwarzen Löcher, die Millionen oder sogar Milliarden Mal so massereich sein können wie die Sonne, wachsen, indem sie sich von der Materie ernähren, die sie in flachen Scheiben, sogenannten Akkretionsscheiben, umgibt. Die Gravitationswirkung dieser Schwarzen Löcher erhitzt auch diese Materie und emittiert so große Mengen Strahlung. Wenn ein Schwarzes Loch an diesem extremen Prozess beteiligt ist, Das gesamte Gebiet (einschließlich dieser Strahlungsstrahlen) wird als bezeichnet Aktiver galaktischer Kern oder AGN.
Obwohl es in allen großen Galaxien supermassereiche Schwarze Löcher gibt, verbrauchen nicht alle dieser massiven Gravitationsobjekte genug Materie, um den AGN-Zustand zu erreichen. Ein AGN kann so viel Licht aussenden, dass es oft das gesamte Licht aller Sterne in den Galaxien, in denen es sich befindet, überstrahlt.
Diese Ergebnisse wurden vom James Webb Space Telescope geliefert Mittelinfrarot-Instrument (MIRI), geben Einblicke in die Eigenschaften von AGNs und betonen die Herausforderungen, die mit der Entdeckung dieser Gläser im frühen Universum verbunden sind. Unterstützt durch Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS)-Programm.Die Ergebnisse deuten auch darauf hin, dass unser Universum in seinen „Teenagerjahren“, die laut Wissenschaftlern die intensivste Zeit der Sternentstehung waren, möglicherweise stabiler war als erwartet.
Verwandt: Wie konnten supermassereiche Schwarze Löcher direkt nach dem Urknall so schnell so groß werden?
Das Team kam zu seinen Schlussfolgerungen, als es eine Region des Weltraums namens Groth’s Ribbon untersuchte, die in der Nähe des Großen Wagens zwischen den Sternbildern Ursa Major und Boottes liegt. Die Region, die schätzungsweise 50.000 Galaxien enthält, wurde ausführlich untersucht, jedoch nicht mit einem leistungsstarken Teleskop wie dem James Webb Space Telescope.
„Unsere Beobachtungen wurden im vergangenen Juni und Dezember gemacht und unser Ziel war es, zu charakterisieren, wie Galaxien während des Höhepunkts der Sternentstehung im Universum aussahen“, sagte Alison Kirkpatrick, Teamleiterin und außerordentliche Professorin für Astronomie und Physik an der University of Kansas. sagte er in einer Erklärung. „Dies ist ein Blick zurück in die Zeit von 7 bis 10 Milliarden Jahren in die Vergangenheit.“
Kirkpatrick sagte, sie und ihre Kollegen hätten mithilfe von MIRI hinter Staub in Galaxien geschaut, die vor 10 Milliarden Jahren existierten und kosmische Phänomene wie die fortschreitende Sternentstehung und immer massereichere Schwarze Löcher verbergen könnten.
„Also habe ich die erste Untersuchung durchgeführt, um nach diesen lauernden supermassereichen Schwarzen Löchern in den Zentren dieser Galaxien zu suchen“, fügte sie hinzu.
Frühe supermassereiche Schwarze-Loch-Galaxien bieten eine doppelte Überraschung
Für Kirkpatrick und ihre Kollegen kam diese Umfrage überraschend. Sie erwarteten, dass das James-Webb-Weltraumteleskop mehr AGNs finden würde als frühere Durchmusterungen derselben Region, beispielsweise mit dem Spitzer-Weltraumteleskop. Stattdessen wurden nur wenige zusätzliche supermassereiche Schwarze Löcher entdeckt, die sie versorgen.
„Die Ergebnisse sahen völlig anders aus, als ich erwartet hatte, was zu meiner ersten großen Überraschung führte“, sagte Kirkpatrick. „Eine der wichtigen Entdeckungen war die Seltenheit schnell wachsender supermassereicher Schwarzer Löcher. Diese Entdeckung warf Fragen über den Verbleib dieser Objekte auf.“
Sie schlug vor, dass dies bedeute, dass Schwarze Löcher möglicherweise langsamer wachsen als erwartet, und fügte hinzu, dass Spitzer möglicherweise die Zufuhrraten von Schwarzen Löchern falsch berechnet habe, weil das Teleskop es den Astronomen ermöglicht habe, nur die hellsten und massereichsten Galaxien mit schnell wachsenden supermassereichen Schwarzen Löchern zu entdecken.
Es ist bekannt, dass sie mehr Licht aussenden als supermassereiche Schwarze Löcher, die sich langsamer ernähren, wodurch sie leichter zu entdecken sind.
Das Wachstum supermassereicher Schwarzer Löcher im frühen Universum ist für Astronomen ein wichtiges Rätsel, das es zu lösen gilt, da angenommen wird, dass diese kosmischen Riesen ihre Umgebung stark beeinflussen. Sie können beispielsweise das Wachstum ihrer Heimatgalaxien beeinflussen und die Sternentstehung moderieren, was sie zu einem wichtigen Bestandteil der Gesamtentwicklung des Universums macht.
Kirkpatrick fuhr fort: „Die Ergebnisse der Studie deuten darauf hin, dass diese Schwarzen Löcher nicht schnell wachsen, nur begrenzte Materie absorbieren und ihre Wirtsgalaxien möglicherweise nicht wesentlich beeinflussen.“ „Diese Entdeckung eröffnet eine völlig neue Perspektive auf das Wachstum von Schwarzen Löchern, da unser derzeitiges Verständnis größtenteils darauf basiert, dass die massereicheren Schwarzen Löcher in den größten Galaxien große Auswirkungen auf ihre Wirte haben, es ist jedoch wahrscheinlich, dass kleinere Schwarze Löcher in diesen Galaxien vorhanden sind.“ einen erheblichen Einfluss haben.“ NEIN.“
Dies war jedoch nicht die einzige Überraschung, dass diese Galaxien in den Schoß von Kirkpatrick und ihrem Team fielen. Die Forscher waren auch überrascht über den offensichtlichen Staubmangel in den von ihnen untersuchten Galaxien.
„Mit dem James Webb-Weltraumteleskop können wir viel kleinere Galaxien als je zuvor identifizieren, einschließlich solcher, die so groß wie die Milchstraße oder noch kleiner sind, was bei diesen Rotverschiebungen (kosmischen Entfernungen) bisher unmöglich war“, sagte Kirkpatrick. „Die massereichsten Galaxien enthalten aufgrund ihrer schnellen Sternentstehungsraten normalerweise reichlich Staub.“
Sie fuhr fort: „Ich hatte angenommen, dass Galaxien mit geringer Masse auch große Mengen an Staub enthalten würden, aber das war nicht der Fall, was meinen Erwartungen widerspricht und eine weitere interessante Entdeckung darstellt.“
Diese Arbeit könnte auch enge Auswirkungen auf das sich langsam ernährende, inaktive supermassereiche Schwarze Loch Sagittarius A* (Sgr A*) haben, das im Zentrum der Milchstraße liegt.
Im Grunde nimmt das supermassereiche Schwarze Loch in unserer Galaxie so wenig Materie auf, dass es, wenn es ein Mensch wäre, alle Millionen Jahre mit der Ernährung eines Reiskorns überleben würde. Die Ergebnisse des Teams könnten jedoch darauf hindeuten, dass Dean A* möglicherweise nicht immer ein gewissenhafter Esser war.
Sie weisen darauf hin, dass die Milchstraße in ihrem Kern einst aktive Kerne gehabt haben könnte.
„Unser Schwarzes Loch scheint recht ruhig zu sein und zeigt keine große Aktivität“, sagte Kirkpatrick. „Eine der wichtigen Fragen zur Milchstraße ist, ob sie überhaupt aktiv ist oder ob sie eine AGN-Phase durchlaufen hat.“ „Wenn den meisten Galaxien, wie unserer eigenen, ein nachweisbares AGN fehlt, könnte dies bedeuten, dass unser Schwarzes Loch in der Vergangenheit nicht aktiver war.
„Letztendlich wird dieses Wissen dazu beitragen, die Massen von Schwarzen Löchern einzuschränken und zu messen und Aufschluss über die Ursprünge des Wachstums von Schwarzen Löchern zu geben, die weiterhin eine unbeantwortete Frage sind.“
Der Forscherin der University of Kansas wurde mehr Zeit mit dem James Webb-Weltraumteleskop gegeben, um ihre Untersuchung des erweiterten Groth-Bar-Feldes mithilfe von MIRI fortzusetzen. Das bedeutet, dass sich die aktuelle Forschung zwar auf nur 400 Galaxien konzentriert, zukünftige Arbeiten sich jedoch auf bis zu 5.000 frühe Galaxien konzentrieren werden.
Die Forschungsergebnisse des Teams wurden zur Veröffentlichung im Astrophysical Journal angenommen. Eine Kopie zur anschließenden Begutachtung durch Fachkollegen ist im Papierarchiv verfügbar. arXiv.
. „Zombie-Experte. Hipster-freundlicher Internet-Evangelist. Organisator. Kommunikator. Popkultur-Fanatiker. Web-Junkie.“