Hubble menemukan mata rantai yang hilang secara evolusioner dari awal alam semesta

Tautan hilang evolusioner yang aneh ditemukan di Hubble Deep Survey of Galaxies

Alam semesta begitu penuh dengan galaksi sehingga hal-hal yang paling aneh pun bisa luput dari perhatian selama bertahun-tahun Teleskop Luar Angkasa Hubble Pengamatan paparan mendalam dilakukan. Dalam semacam intergalaksi Where’s Waldo, tim astronom internasional menemukan titik merah misterius di dekat pusat Great Observatories Origins Deep Survey-North (GOODS-North) dalam data arsip Hubble. Meski terlihat tidak berbahaya, itu bisa menjadi mata rantai yang hilang antara beberapa galaksi pertama dan kelahiran lubang hitam supermasif. Dijuluki GNz7q, objek itu ada ketika alam semesta masih bayi, hanya 750 juta tahun setelah Big Bang. Pencampuran radiasi objek tidak dapat dikaitkan hanya dengan pembentukan bintang. Penjelasan terbaik adalah bahwa itu tumbuh lubang hitam diselimuti debu. Pada waktunya, lubang hitam akan muncul dari kepompongnya yang berdebu sebagai quasar yang cemerlang, suar yang kuat di jantung galaksi awal. Teleskop Hubble yang inovatif telah memberikan target unik untuk NASA‘s Teleskop Luar Angkasa James Webb menggunakan instrumen spektroskopinya untuk mempelajari objek seperti GNz7q dengan detail yang belum pernah ada sebelumnya.

Menggunakan data arsip dari Teleskop Luar Angkasa Hubble NASA dan observatorium berbasis ruang dan darat lainnya, tim astronom internasional telah menemukan objek unik di alam semesta jauh yang mewakili hubungan penting antara galaksi pembentuk bintang muda dan lubang hitam supermasif paling awal. Objek ini adalah yang pertama dari jenisnya yang ditemukan ketika Alam Semesta baru berusia 750 juta tahun. Itu telah mengintai tanpa diketahui di salah satu area langit malam yang paling banyak dipelajari. Objek tersebut, diberi nama GNz7q, adalah titik merah di tengah gambar Hubble Great Observatories Origins Deep Survey-North (GOODS-North). Kredit foto: NASA, ESA, Garth Illingworth (UC Santa Cruz), Pascal Oesch (UC Santa Cruz, Yale), Rychard Bouwens (LEI), I. Labbe (LEI), Cosmic Dawn Center/Niels Bohr Institute/University of Copenhagen, Denmark

Hubble menjelaskan asal usul lubang hitam supermasif

Para astronom telah mengidentifikasi lubang hitam yang tumbuh cepat di alam semesta awal yang diyakini sebagai “mata rantai yang hilang” penting antara galaksi-galaksi pembentuk bintang muda dan lubang hitam supermasif pertama. Mereka menggunakan data dari Teleskop Luar Angkasa Hubble NASA untuk membuat penemuan ini.

Hingga saat ini, monster yang dijuluki GNz7q itu telah mengintai tanpa diketahui di salah satu area langit malam yang paling banyak dipelajari, bidang Great Observatories Origins Deep Survey-North (GOODS-North).

Mengarsipkan data Hubble dari Kamera survei canggih Hubble membantu tim menentukan bahwa GNz7q ada hanya 750 juta tahun setelahnya Dentuman Besar. Tim memperoleh bukti bahwa GNz7q adalah lubang hitam yang baru terbentuk. Hubble menemukan sumber sinar ultraviolet (UV) dan inframerah yang kompak. Ini tidak mungkin disebabkan oleh emisi dari galaksi, tetapi konsisten dengan radiasi yang diharapkan dari material yang jatuh di lubang hitam.

Lubang hitam yang tumbuh cepat di galaksi berdebu yang membentuk bintang awal diprediksi oleh teori dan simulasi komputer, tetapi belum diamati.

“Analisis kami menunjukkan bahwa GNz7q adalah contoh pertama dari lubang hitam yang berkembang pesat di inti berdebu galaksi starburst di zaman yang mendekati lubang hitam supermasif paling awal yang diketahui di alam semesta,” kata Seiji Fujimoto, astronom di Niels Bohr Institute. dari Universitas Kopenhagen dan penulis utama Alam Makalah yang menjelaskan penemuan ini. “Sifat objek di seluruh spektrum elektromagnetik sangat sesuai dengan prediksi dari simulasi teoretis.”

Salah satu misteri luar biasa dari astronomi kontemporer adalah: Bagaimana lubang hitam supermasif, dengan berat jutaan hingga miliaran kali massa Matahari, tumbuh begitu besar dengan begitu cepat?

Teori saat ini memprediksi bahwa lubang hitam supermasif memulai kehidupan di inti galaksi “ledakan bintang” yang diselimuti debu, yang dengan penuh semangat membentuk bintang sebelum mengeluarkan gas dan debu di sekitarnya dan tampak sangat terang. quasar. Meskipun sangat jarang, baik galaksi starburst berdebu dan quasar bercahaya ini ditemukan di alam semesta awal.

Tim percaya GNz7q mungkin merupakan mata rantai yang hilang antara dua kelas objek ini. GNz7q memiliki kedua aspek dari galaksi starburst berdebu dan quasar, dengan cahaya quasar menunjukkan warna merah berdebu. Juga, GNz7q tidak memiliki beberapa fitur yang biasanya diamati pada quasar yang sangat bercahaya (sesuai dengan emisi dari piringan akresi lubang hitam supermasif), yang kemungkinan besar menjelaskan bahwa lubang hitam pusat di GN7q masih berusia muda dan Fase yang kurang masif. Sifat-sifat ini sangat sesuai dengan quasar transisi muda, yang diprediksi dalam simulasi tetapi tidak pernah diidentifikasi di alam semesta dengan pergeseran merah yang sama tinggi seperti quasar yang sangat bercahaya yang sebelumnya diidentifikasi hingga pergeseran merah 7,6.

“GNz7q menyediakan hubungan langsung antara dua populasi langka ini dan menawarkan cara baru untuk memahami pertumbuhan cepat lubang hitam supermasif di masa-masa awal Semesta,” lanjut Fujimoto. “Penemuan kami adalah contoh nenek moyang lubang hitam supermasif yang kami amati di zaman selanjutnya.”

Sementara interpretasi lain dari data tim tidak dapat sepenuhnya dikesampingkan, sifat GNz7q yang diamati sangat sesuai dengan prediksi teoretis. Galaksi induk GNz7q sedang membentuk bintang dengan kecepatan 1.600 massa matahari per tahun, dan GNz7q sendiri tampak cerah pada panjang gelombang UV tetapi sangat redup pada panjang gelombang sinar-X.

Secara umum, piringan akresi lubang hitam besar harus sangat terang baik dalam sinar UV maupun sinar-X. Tapi kali ini, meskipun tim menemukan sinar UV dengan Hubble, sinar-X tidak terlihat bahkan dengan salah satu set data sinar-X terdalam. Hasil ini menunjukkan bahwa inti dari piringan akresi, dari mana sinar-X berasal, masih dikaburkan; sedangkan bagian luar piringan akresi, tempat sinar UV dihasilkan, menjadi terbuka. Interpretasi ini menyatakan bahwa GNz7q adalah lubang hitam yang tumbuh cepat yang masih tertutup oleh inti berdebu dari galaksi induk pembentuk bintangnya.

“GNz7q adalah penemuan unik yang ditemukan tepat di tengah-tengah bidang langit yang terkenal dan dipelajari dengan baik – menunjukkan bahwa penemuan hebat seringkali dapat disembunyikan tepat di depan Anda,” komentar Gabriel Brammer, astronom lain dari Institut Niels Bohr. Universitas Kopenhagen dan anggota tim di balik hasil ini. “Tidak mungkin penemuan GNz7q hanya ‘nasib buruk’ di wilayah studi GOODS-North yang relatif kecil, tetapi prevalensi sumber semacam itu sebenarnya mungkin jauh lebih tinggi daripada yang diperkirakan sebelumnya.”

Menemukan GNz7q yang bersembunyi di depan mata hanya dimungkinkan berkat kumpulan data multi-panjang gelombang yang unik dan terperinci yang tersedia untuk GOODS-North. Tanpa kekayaan data ini, GNz7q akan mudah dilewatkan karena tidak memiliki fitur pembeda yang biasanya digunakan untuk mengidentifikasi quasar di alam semesta awal. Tim sekarang berharap untuk menggunakan survei resolusi tinggi khusus untuk mencari objek serupa secara sistematis dan memanfaatkan Teleskop Luar Angkasa James Webb NASA. Instrumen Spektroskopi untuk mempelajari objek seperti GNz7q dalam detail yang belum pernah terjadi sebelumnya.

“Dengan Teleskop Luar Angkasa James Webb, akan memungkinkan untuk mengkarakterisasi objek-objek ini dan mempelajari evolusi mereka dan fisika yang mendasarinya secara lebih rinci,” simpul Fujimoto. “Begitu Webb beroperasi secara teratur, dia akan memiliki kekuatan untuk menentukan dengan pasti seberapa umum lubang hitam yang tumbuh cepat ini sebenarnya.”

Referensi: “Sebuah benda padat berdebu yang menjembatani galaksi dan quasar di fajar kosmik” oleh S. Fujimoto, GB Brammer, D. Watson, GE Magdis, V. Kokorev, TR Greve, S. Toft, F. Walter, R. Valiante, Ginolfi, M, Schneider, R, Valentino, F, Colina, L, Vestergaard, M, Marques-Chaves, R, Fynbo, JPU, Krips, M, Steinhardt, CL, Cortzen, I, Rizzo, F, dan Oesch, PA , 13. April 2022, Alam.
DOI: 10.1038/s41586-022-04454-1

Teleskop Luar Angkasa Hubble adalah proyek kerjasama internasional antara NASA dan ESA (Badan Antariksa Eropa). Pusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard NASA di Greenbelt, Maryland, mengelola teleskop tersebut. Space Telescope Science Institute (STScI) di Baltimore, Maryland melakukan operasi sains Hubble. STScI dioperasikan untuk NASA oleh Association of Universities for Research in Astronomy di Washington, DC