Die NASA entdeckt ein rekordverdächtiges supermassereiches Schwarzes Loch in mehr als 13 Milliarden Lichtjahren Entfernung

• Ein wichtiger Indikator für die wachsende supermassereiche Masse schwarzes Loch – Röntgenemission – gefunden in einer weit, weit entfernten Galaxie.
• Diese Galaxie, UHZ1, liegt 13,2 Milliarden Lichtjahre entfernt und wurde beobachtet, als das Universum nur 3 % seines heutigen Alters hatte.
• NASAChandra-Röntgenobservatorium und James Webb-Weltraumteleskop Sie vereinten ihre Anstrengungen, um diese Entdeckung zu machen.
• Dies ist der bisher beste Beweis dafür, dass einige frühe Schwarze Löcher aus massiven Gaswolken entstanden sind.

Astronomen haben mit den Weltraumteleskopen Chandra und Webb das am weitesten entfernte Schwarze Loch entdeckt, das jemals im Röntgenbereich entdeckt wurde (in einer Galaxie namens UHZ1). Röntgenemission ist ein klares Zeichen für die Anwesenheit eines supermassereichen Schwarzen Lochs. Dieses Ergebnis könnte erklären, wie einige der ersten supermassiven Schwarzen Löcher im Universum entstanden sind. Diese Bilder zeigen den Galaxienhaufen Abell 2744 hinter UHZ1 im Röntgenbild von Chandra und Infrarotdaten von Webb sowie Nahaufnahmen der Heimatgalaxie des Schwarzen Lochs UHZ1. Quelle: Röntgen: NASA/CXC/SAO/Ákos Bogdán; Infrarot: NASA/ESA/CSA/STScI; Bildverarbeitung: NASA/CXC/SAO/L. Fratari und K. Arcand

NASA-Teleskope entdecken ein rekordverdächtiges Schwarzes Loch

Dieses Bild zeigt das am weitesten entfernte Schwarze Loch, das jemals durch Röntgenstrahlen identifiziert wurde, und gibt möglicherweise Aufschluss über die Entstehung der ältesten supermassereichen Schwarzen Löcher im Universum. Die Entdeckung wurde mithilfe von Röntgenstrahlen des Chandra-Röntgenobservatoriums der NASA (in Lila dargestellt) und Infrarotdaten des James Webb-Weltraumteleskops (in Rot, Grün und Blau dargestellt) gemacht.

Ungarische Entfernungen und Notizen

Das extrem weit entfernte Schwarze Loch in der Galaxie UHZ1 befindet sich in Richtung des Galaxienhaufens Abell 2744. Der Galaxienhaufen ist etwa 3,5 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt. Webbs Daten zeigen jedoch, dass UHZ1 viel weiter entfernt ist als Abell 2744. Mit einer Entfernung von etwa 13,2 Milliarden Lichtjahren konnte UHZ1 gesehen werden, als das Universum nur 3 % seines heutigen Alters hatte.

Gravitationslinsen- und Röntgendetektion

Mithilfe von mehr als zweiwöchigen Beobachtungen von Chandra konnten Forscher Röntgenemissionen von UHZ1 nachweisen, ein Hinweis auf die Anwesenheit eines supermassereichen Schwarzen Lochs, das im Zentrum der Galaxie wächst. Das Röntgensignal ist so schwach, dass Chandra es – selbst bei so langer Beobachtung – nur aufgrund eines Phänomens namens Gravitationslinsen erkennen konnte, das das Signal um den Faktor vier verstärkte.

Bildgebende und Orientierungstechniken

Die violetten Teile des Bildes zeigen Röntgenstrahlen von großen Mengen heißen Gases in Abell 2744. Das Infrarotbild zeigt Hunderte von Galaxien im Haufen sowie einige Sterne im Vordergrund. Die Einsätze werden auf einen kleinen Bereich um UHZ1 vergrößert. Das kleine Objekt im Webbild ist die entfernte Galaxie UHZ1 und die Mitte des Chandra-Bildes zeigt Röntgenstrahlen, die von Material in der Nähe des supermassereichen Schwarzen Lochs in der Mitte von UHZ1 stammen. Die große Größe der Röntgenquelle im Vergleich zur Infrarotansicht der Galaxie liegt daran, dass sie das kleinste Volumen darstellt, das Chandra auflösen kann. Tatsächlich stammen die Röntgenstrahlen aus einer viel kleineren Region der Galaxie.

Auf das Vollfeld-Chandra-Bild und auf das Nahaufnahme-Chandra-Bild wurde eine unterschiedliche Glättung angewendet. Die Glättung wurde über viele Pixel des großen Bildes hinweg durchgeführt, um die schwache Clusteremission hervorzuheben, auf Kosten der Nichtdarstellung schwacher Röntgenpunktquellen wie UHZ1. Auf das Nahbild wurde deutlich weniger Glättung angewendet, so dass schwache Röntgenquellen sichtbar sind. Das Bild ist so ausgerichtet, dass der Norden 42,5 Grad rechts von der Vertikalen zeigt.

Abbildung: Ein schweres Schwarzes Loch, das durch den direkten Kollaps einer massiven Gaswolke entstanden ist. Bildquelle: NASA/STScI/Leah Hostak

Die Bedeutung der Entdeckung

Die Entdeckung ist wichtig für das Verständnis, wie einige supermassive Schwarze Löcher – solche mit bis zu Milliarden Sonnenmassen und in den Zentren von Galaxien – so kurz nach dem Urknall riesige Massen erreichen können. Entstehen sie direkt durch den Kollaps massiver Gaswolken, wodurch Schwarze Löcher mit einem Gewicht zwischen zehntausend und hunderttausend Sonnen entstehen? Oder kommt es von den Explosionen der ersten Sterne, die Schwarze Löcher mit der Masse von nur etwa zehn bis hundert Sonnen entstehen ließen?

Forschungsergebnisse und theoretische Implikationen

Das Astronomenteam fand starke Hinweise darauf, dass das neu entdeckte Schwarze Loch in UHZ1 massereich entstanden ist. Basierend auf der Helligkeit und Energie der Röntgenstrahlen schätzen sie seine Masse auf 10 bis 100 Millionen Sonnen. Dieser Massenbereich ähnelt dem aller Sterne in der Galaxie, in der sie leben, was im krassen Gegensatz zu den Schwarzen Löchern in den Zentren von Galaxien im nahen Universum steht, die typischerweise nur etwa ein Zehntel Prozent ihrer eigenen Masse enthalten . Wirtsgalaxiensterne.

Die große Masse des Schwarzen Lochs in jungen Jahren sowie die Menge an Röntgenstrahlung, die es aussendet, und die Helligkeit der von Webb entdeckten Galaxie stimmen alle mit den theoretischen Vorhersagen von 2017 über ein „supermassereiches Schwarzes Loch“ überein, das sich direkt daraus gebildet hat die Galaxie. Kollaps einer riesigen Gaswolke.

Kontinuierliche Forschung und Zusammenarbeit

Die Forscher planen, diese und andere Ergebnisse von Webb und Daten anderer Teleskope zu nutzen, um ein umfassenderes Bild des frühen Universums zu erstellen.

Das Papier, in dem die Ergebnisse beschrieben werden, erscheint in Naturastronomie. Zu den Autoren gehören Akos Bogdan (Center for Astrophysics | Harvard und Smithsonian), Andy Golding (Princeton Universität), Priyamvada Natarajan (Yale Universität), Ursolya Kovacs (Masaryk-Universität, Tschechische Republik), Grant Tremblay (CFA), Urmila Chadayamuri (CfA), Marta Volontaire (Institut de Astrophysique de Paris, Frankreich), Ralph Kraft (CfA), William Fuhrmann (CfA), Christine Jones (CfA), Eugene Chorazov (Max-Planck-Institut für Astrophysik, Deutschland) und Irina Zhuravleva (Universität von Chicago).

Die in beiden Untersuchungen verwendeten Webb-Daten sind Teil einer Umfrage namens Ultradeep Nirspec und nirCam Observations Before the Era of Reionization (UNCOVER). Der von UNCOVER-Teammitglied Andy Golding geleitete Artikel erscheint in Astrophysikalische Tagebuchbriefe. Zu den Co-Autoren zählen weitere Mitglieder des UNCOVER-Teams sowie Bogdan und Natarajan. Ein ausführlicher Interpretationsartikel, der die beobachteten Eigenschaften von UHZ1 mit theoretischen Modellen massereicher Schwarzer-Loch-Galaxien vergleicht, wird derzeit geprüft und ein Vorabdruck ist verfügbar. Hier.

Verweise:

„Beweise für den Ursprung schwerer Keime für frühe supermassereiche Schwarze Löcher aus dem Röntgenquasar az ≈ 10“ von Akos Bogdan, Andy D. Golding, Priyamvada Natarajan, Ursulia E. Kovacs, Grant R. Tremblay, Urmila Chadayamuri, Marta Volontaire, Ralph B. Kraft, William R. Forman, Christine Jones, Eugene Chorazov und Irina Zhuravleva, 6. November 2023, Naturastronomie.
doi: 10.1038/s41550-023-02111-9

„Entdeckung: Wachstum der ersten massiven Schwarzen Löcher von JWST/NIRSpec – Spektroskopische Rotverschiebungsbestätigung von röntgenbeleuchtetem AGN bei z = 10,1“ von Andy D. Golding und Jenny E. Green und David J. Seaton, Ivo Lappé, Rachel Bezançon, Tim B. Miller, Hakim Atiq, Akos Bogdan, Gabriel Brammer, Irina 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 und Adi Zittrain, 22. September 2023, Astrophysikalische Tagebuchbriefe.
doi: 10.3847/2041-8213/acf7c5

Das Marshall Space Flight Center der NASA verwaltet das Chandra-Programm. Das Chandra X-ray Center des Smithsonian Astrophysical Observatory steuert den wissenschaftlichen Betrieb von Cambridge, Massachusetts, und den Flugbetrieb von Burlington, Massachusetts.

Das James-Webb-Weltraumteleskop ist das weltweit führende Weltraumobservatorium. Webb wird die Geheimnisse unseres Sonnensystems lösen, über ferne Welten um andere Sterne hinausblicken und die mysteriösen Strukturen und Ursprünge unseres Universums und unseren Platz darin erforschen. WEB ist ein internationales Programm, das von der NASA und ihren Partnern, der Europäischen Weltraumorganisation (ESA), geleitet wird.Europäische Weltraumorganisation) und die Canadian Space Agency.