¿Qué pasó con todos los agujeros negros supermasivos? Astrónomos sorprendidos por los datos de Webb

Un estudio de investigación que utilizó el telescopio espacial James Webb ha descubierto que los núcleos galácticos activos, agujeros negros supermasivos de rápido crecimiento, son menos comunes de lo que se pensaba anteriormente. Este descubrimiento sugiere un universo más estable y proporciona información sobre las galaxias débiles y los desafíos para identificar estos núcleos.

Telescopio espacial James Webb La investigación revela menos agujeros negros supermasivos de lo que se suponía anteriormente.

Un estudio de la Universidad de Kansas de una franja del cosmos utilizando el telescopio espacial James Webb ha revelado que los núcleos galácticos activos (agujeros negros supermasivos que están aumentando rápidamente de tamaño) son más raros de lo que muchos astrónomos suponían anteriormente.

Los hallazgos, realizados con el Instrumento de Infrarrojo Medio (MIRI) del JWST, sugieren que nuestro universo puede ser un poco más estable de lo que se pensaba anteriormente. El trabajo también proporciona información sobre observaciones de galaxias débiles, sus propiedades y desafíos para identificar AGN.

Detalles del estudio

Recientemente se publicó en arXiv antes de la publicación formal de revisión por pares en oh Diario astrofísico.

El trabajo, dirigido por Allison Kirkpatrick, profesora asistente de física y astronomía en KU, se centró en una zona del cosmos estudiada durante mucho tiempo llamada Franja de Groth Extendida, ubicada entre las constelaciones de la Osa Mayor y Boötes. Sin embargo, los exámenes anteriores de la zona se basaron en una generación de telescopios espaciales menos potente.

«Nuestras observaciones se realizaron en junio y diciembre pasados, y nuestro objetivo era caracterizar la apariencia de las galaxias durante el pico de formación estelar en el universo», dijo Kirkpatrick. “Esto es mirar hacia atrás entre 7 y 10 mil millones de años. Usamos el instrumento de infrarrojo medio del Telescopio Espacial James Webb para observar el polvo en galaxias que existieron hace 10 mil millones de años, y ese polvo puede ocultar la formación estelar en curso y puede ocultar agujeros negros supermasivos en crecimiento. Así que realicé la primera búsqueda para buscar estos agujeros negros supermasivos que acechan en los centros de estas galaxias”.

Mostramos MIRI apuntando 1 (panel derecho) junto a las observaciones de Spitzer/IRAC (centro) y MIPS (izquierda) del
misma región. Las aperturas muestran la ubicación de las fuentes detectadas en cada imagen (solo región MIRI). Para MIPS (IRAC)
imagen, las aperturas son de 6” (2”), correspondientes al tamaño del haz del instrumento. En la imagen IRAC, el azul corresponde al canal.
1 (3,6 μm), el verde corresponde al canal 2 (4,5 μm) y el rojo corresponde al canal 3 (5,8 μm). En la imagen MIRI, el filtro 770W es azul, el F1000W es verde y el F1280W es rojo. Crédito: Kirkpatrick, et al., arXiv:2308.09750

Hallazgos e implicaciones

Aunque cada galaxia presenta una supermasiva Agujero negro en el medio, los AGN son convulsiones más espectaculares que absorben activamente gases y muestran una luminosidad ausente en los típicos agujeros negros.

Kirkpatrick y muchos compañeros astrofísicos predijeron que el estudio JWST de alta resolución encontraría muchos más AGN que un estudio anterior realizado con el Telescopio Espacial Spitzer. Sin embargo, incluso con la mayor potencia y sensibilidad de MIRI, se encontraron pocos AGN adicionales en la nueva investigación.

«Los resultados fueron completamente diferentes de lo que esperaba, lo que me llevó a mi primera gran sorpresa», dijo Kirkpatrick. “Una revelación importante fue la escasez de agujeros negros supermasivos de rápido crecimiento. Este descubrimiento generó dudas sobre el paradero de estos objetos. Resulta que estos agujeros negros probablemente estén creciendo a un ritmo más lento de lo que se creía anteriormente, lo cual es intrigante considerando que las galaxias que examiné se parecen mucho a la nuestra. Vía Láctea del pasado. Las observaciones anteriores con Spitzer sólo nos permitieron estudiar las galaxias más brillantes y masivas con agujeros negros supermasivos de rápido crecimiento, lo que las hace fáciles de detectar”.

Kirkpatrick dijo que un misterio importante en astronomía radica en comprender cómo los agujeros negros supermasivos típicos, como los que se encuentran en galaxias como la Vía Láctea, crecen e influyen en su galaxia anfitriona.

«Los hallazgos del estudio sugieren que estos agujeros negros no están creciendo rápidamente, absorbiendo material limitado y tal vez no impactando significativamente a sus galaxias anfitrionas», dijo. “Este descubrimiento abre una perspectiva completamente nueva sobre el crecimiento de los agujeros negros, ya que nuestro conocimiento actual se basa en gran medida en los agujeros negros más masivos de las galaxias más grandes, que tienen efectos significativos en sus anfitriones, pero los agujeros negros más pequeños en estas galaxias probablemente no. . No.»

Los ingenieros trabajaron minuciosamente para implementar el instrumento de infrarrojo medio del Telescopio Espacial James Webb en el ISIM, o Módulo de Instrumentos Científicos Integrados, en la sala limpia del Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, el 29 de abril de 2013. Como sucesor del Hubble de la NASA Telescopio Espacial, el Telescopio Webb será el telescopio espacial más poderoso jamás construido. Observará los objetos más distantes del universo, proporcionará imágenes de las primeras galaxias formadas y verá planetas inexplorados alrededor de estrellas distantes.

Otro resultado sorprendente fue la falta de polvo en estas galaxias, afirmó el astrónomo de la KU.

«Al utilizar el JWST, podemos identificar galaxias que son mucho más pequeñas que nunca, incluidas aquellas del tamaño de la Vía Láctea o incluso más pequeñas, lo que antes era imposible con estos desplazamientos al rojo (distancias cósmicas)», dijo Kirkpatrick. “Normalmente, las galaxias más masivas tienen abundante polvo debido a su rápido ritmo de formación estelar. Había asumido que las galaxias de menor masa también contendrían cantidades sustanciales de polvo, pero esto no sucedió, desafiando mis expectativas y ofreciendo otro descubrimiento intrigante”.

Según Kirkpatrick, el trabajo cambia la comprensión de cómo crecen las galaxias, especialmente en lo que respecta a la Vía Láctea.

«Nuestro agujero negro parece bastante tranquilo y no muestra mucha actividad», dijo. “Una pregunta importante con respecto a la Vía Láctea es si alguna vez estuvo activa o si pasó por una fase AGN. Si la mayoría de las galaxias, como la nuestra, no tienen AGN detectable, podría implicar que nuestro agujero negro nunca ha estado tan activo en el pasado. En última instancia, este conocimiento ayudará a limitar y medir las masas de los agujeros negros, arrojando luz sobre los orígenes del crecimiento de los agujeros negros, que siguen siendo una pregunta sin respuesta”.

Referencia: “Documento clave VII de CEERS: JWST/MIRI revela una débil población de galaxias en el mediodía cósmico invisible para Spitzer” por Allison Kirkpatrick, Guang Yang, Aurelien Le Bail, Greg Troiani, Eric F. Bell, Nikko J. Cleri, David Elbaz , Steven L. Finkelstein, Nimish P. Hathi, Michaela Hirschmann, Benne W. Holwerda, Dale D. Kocevski, Ray A. Lucas, Jed McKinney, Casey Papovich, Pablo G. Pérez-González, Alexander de la Vega, Micaela B. Bagley, Emanuele Daddi, Mark Dickinson, Henry C. Ferguson, Adriano Fontana, Andrea Grazian, Norman A. Grogin, Pablo Arrabal Haro, Jeyhan S. Kartaltepe, Lisa J. Kewley, Anton M. Koekemoer, Jennifer M. Lotz, Laura Pentericci , Nor Pirzkal, Swara Ravindranath, Rachel S. Somerville, Jonathan R. Trump, Stephen M. Wilkins y LY Aaron Yung, enviado, La revista astrofísica.
arXiv:2308.09750

Kirkpatrick recientemente ganó mucho tiempo en JWST para realizar un estudio más amplio del campo Extended Groth Strip con MIRI. Su artículo actual incluía alrededor de 400 galaxias. Su próximo estudio (MEGA: MIRI EGS Galaxy y estudio AGN) incluirá alrededor de 5.000 galaxias. La obra está prevista para enero de 2024.