O buraco negro supermassivo ativo mais distante já encontrado

Cumprindo a sua promessa de transformar a nossa compreensão do universo primitivo, Telescópio Espacial James Webb está explorando galáxias perto do início dos tempos. Uma dessas galáxias é a galáxia excepcionalmente luminosa GN-z11, que existia quando o universo tinha apenas uma fração da sua idade atual. É uma das menores e mais distantes galáxias já observadas e também uma das mais misteriosas. Por que é tão brilhante? Parece que Webb encontrou a resposta.

Cientistas que usaram Webb para estudar GN-z11 também descobriram algumas evidências tentadoras de estrelas do Grupo III situadas nos arredores desta galáxia remota. Estas estrelas indescritíveis – as primeiras a trazer luz para o universo – são feitas puramente de hidrogénio e hélio. Nenhuma descoberta definitiva de tais estrelas foi feita, mas os cientistas sabem que elas devem existir. E agora, com Webb, a descoberta deles parece mais próxima do que nunca.

Esta imagem tirada com o instrumento NIRCam (Near Infrared Camera) de Webb mostra parte do campo de galáxias GOODS-Norte. No canto inferior direito, as nuvens destacam a galáxia GN-z11, vista apenas 430 milhões de anos após o big bang. A imagem revela uma componente estendida, rastreando a galáxia hospedeira GN-z11, e uma fonte central cujas cores coincidem com as do disco de acreção que rodeia o buraco negro. Crédito da imagem: NASA, ESA, CSA, STScI, Brant Robertson (UC Santa Cruz), Ben Johnson (CfA), Sandro Takela (Cambridge), Marcia Ricci (Universidade do Arizona), Daniel Eisenstein (CfA)

Webb revela os segredos de uma das galáxias mais distantes de todos os tempos

Olhando profundamente para o espaço e o tempo, usando duas equipes NASAO Telescópio Espacial James Webb estudou a galáxia excepcionalmente brilhante GN-z11, que existia quando o universo de 13,8 bilhões de anos tinha apenas cerca de 430 milhões de anos.

Descoberta inicialmente usando o Telescópio Espacial Hubble da NASA, esta galáxia é uma das menores e mais distantes já observadas, e é tão brilhante que desafia os cientistas a entender o porquê. Agora, o GN-z11 revela alguns dos seus segredos.

O poderoso buraco negro é o mais distante já encontrado

Uma equipa que estuda GN-z11 com Webb encontrou a primeira evidência clara de que a galáxia alberga uma enorme galáxia central. Buraco negro Este é um rápido acúmulo de matéria. A sua descoberta torna este o buraco negro supermassivo ativo mais distante já observado.

“Encontramos gás muito denso, comum nas proximidades de buracos negros supermassivos que acumulam gás”, explicou o investigador principal Roberto Maiolino do Laboratório Cavendish e do Instituto Kavli de Cosmologia da Universidade de Cambridge, no Reino Unido. “Esta foi a primeira evidência clara de que GN-z11 hospeda um buraco negro que está devorando matéria.”

Usando Webb, a equipe também encontrou indicações da presença de elementos químicos ionizados normalmente observados perto de buracos negros supermassivos em acreção. Além disso, descobriram ventos muito fortes expelidos pela galáxia. Esses ventos de alta velocidade são normalmente impulsionados por processos associados à acreção agressiva de buracos negros supermassivos.

“A webcam NIRCam (câmera infravermelha próxima) revelou um componente estendido, rastreando a galáxia hospedeira, e uma fonte central compacta cujas cores combinam com as cores do disco de acreção que circunda o buraco negro”, disse a investigadora Hannah Opler, também da equipe de pesquisa. Laboratório Cavendish e Instituto Kavli.

Juntas, estas evidências mostram que GN-z11 alberga um buraco negro supermassivo com 2 milhões de massa solar, numa fase muito ativa de consumo de matéria, razão pela qual é tão brilhante.

A massa original do gás no halo GN-z11 desperta a curiosidade dos pesquisadores

Uma segunda equipe, também liderada por Maiolino, usou o instrumento NIRSpec (espectrômetro de infravermelho próximo) de Webb para encontrar um aglomerado gasoso de hélio na coroa que circunda o GN-z11.

“O facto de não vermos nada além de hélio sugere que esta massa deve ser bastante pura”, disse Maiolino. “Isto é algo que seria esperado pela teoria e pelas simulações nas proximidades de galáxias particularmente massivas destas épocas – que deveriam existir bolsas de gás puro remanescentes no halo, e estas bolsas poderiam entrar em colapso e formar aglomerados estelares do Grupo III.”

Encontrar estrelas do Grupo III nunca antes vistas — a primeira geração de estrelas formadas quase inteiramente a partir de hidrogénio e hélio — é um dos objetivos mais importantes da astrofísica moderna. Espera-se que essas estrelas sejam muito massivas, muito brilhantes e muito quentes. A sua assinatura esperada é a presença de hélio ionizado e a ausência de elementos químicos mais pesados ​​que o hélio.

A formação das primeiras estrelas e galáxias representou uma transição fundamental na história cósmica, à medida que o universo evoluiu de um estado escuro e relativamente simples para o ambiente altamente organizado e complexo que vemos hoje.

Em futuras observações de Webb, Maiolino, Opler e a sua equipa irão explorar GN-z11 em maior profundidade e esperam fortalecer o caso de estrelas do terceiro grupo que podem estar a formar-se no seu halo.

o pesquisar No bloco de gás original do Halo GN-z11 foi aceito para publicação por Astronomia e astrofísica. Os resultados do estudo do buraco negro GN-z11 foram publicados na revista natureza Em 17 de janeiro de 2024. Os dados foram adquiridos como parte do Advanced Deep Extragalactic Survey (JWST) (Jade), um projeto conjunto entre as equipes NIRCam e NIRSpec.

O Telescópio Espacial James Webb é o principal observatório de ciências espaciais do mundo. Webb resolve os mistérios do nosso sistema solar, olha além dos mundos distantes em torno de outras estrelas e explora as misteriosas estruturas e origens do nosso universo e o nosso lugar nele. WEB é um programa internacional liderado pela NASA com os seus parceiros, a Agência Espacial Europeia (ESA).Agência Espacial Europeia) e a Agência Espacial Canadense.