¿Qué pasó con todos los agujeros negros supermasivos? Los astrónomos quedaron sorprendidos por los datos de Webb

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

Telescopio espacial James Webb El estudio revela menos agujeros negros supermasivos de los que se suponía

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

Los hallazgos, realizados con el Instrumento de Infrarrojo Medio (MIRI) de JWST, sugieren que nuestro universo puede ser un poco más estable de lo que se supone. El trabajo también proporciona información sobre las observaciones de galaxias débiles, sus propiedades y los desafíos a la hora de definir los AGN.

Detalles del estudio

Recientemente se publicó en arXiv Antes de la publicación de la revisión por pares oficial en el Diario astrofísico.

El trabajo, dirigido por Alison Kirkpatrick, profesora asistente de física y astronomía en la Universidad de Kuwait, se centró en una región del universo estudiada durante mucho tiempo llamada Groth Bar, que se encuentra entre las constelaciones de la Osa Mayor y Boötes. Sin embargo, los exámenes anteriores de la región se basaron en una generación de telescopios espaciales menos potente.

“Nuestras observaciones se realizaron en junio y diciembre pasados, y nuestro objetivo era describir cómo se veían las galaxias durante el pico de formación estelar en el universo”, dijo Kirkpatrick. “Esta es una mirada atrás en el tiempo, hace 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 este polvo puede Enmascara el proceso de formación de estrellas persistentes y puede ocultar agujeros negros supermasivos en crecimiento. Así que realicé el primer estudio para buscar estos agujeros negros supermasivos que acechan en los centros de estas galaxias.

Comparación web de Mary Spitzer/IRAC MIPS

Mostramos MIRI indicando 1 (panel derecho) junto con observaciones de Spitzer/IRAC (centro) y MIPS (izquierda)
Misma area. Las aperturas muestran la ubicación de las fuentes detectadas en cada imagen (solo región MIRI). Para MIPS (IRAC)
En la imagen, los orificios son de 6 pulgadas (2 pulgadas), lo que corresponde al tamaño del haz del dispositivo. 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 de 770W es azul, el F1000W es verde y el F1280W es rojo. Crédito: Kirkpatrick et al., arXiv:2308.09750

Resultados e implicaciones

Si bien cada galaxia se caracteriza por la presencia de una masa masiva Agujero negro Y en el medio están los núcleos activos más excitantes, que son perturbaciones más excitantes que atraen gas y exhiben una luminosidad ausente en los agujeros negros típicos.

Kirkpatrick y varios colegas astrofísicos predijeron que el estudio de mayor resolución realizado por el Telescopio Espacial James Webb localizaría muchas más galaxias activas que el estudio anterior con el Telescopio Espacial Spitzer. Sin embargo, incluso con el aumento de potencia y sensibilidad de MIRI, se encontraron algunos AGN adicionales en la nueva encuesta.

“Los resultados parecieron completamente diferentes de lo que esperaba, lo que me llevó a mi primera gran sorpresa”, dijo Kirkpatrick. “Uno de los descubrimientos importantes fue la rareza de los agujeros negros supermasivos de rápido crecimiento. Este descubrimiento generó dudas sobre dónde podrían estar ubicados estos objetos. Resulta que es probable que estos agujeros negros crezcan a un ritmo más lento de lo que se pensaba anteriormente, lo que Es interesante, dado que las galaxias que examiné son similares a nuestra galaxia. vía Láctea del pasado. Observaciones anteriores con Spitzer nos han permitido estudiar galaxias más brillantes y masivas que contienen agujeros negros supermasivos de rápido crecimiento, lo que las hace más fáciles de detectar.

Un enigma importante en astronomía, dijo Kirkpatrick, es comprender cómo los típicos agujeros negros supermasivos, como los que se encuentran en galaxias como la Vía Láctea, crecen y afectan a su galaxia anfitriona.

Ella dijo: “Los resultados del estudio indican que estos agujeros negros no crecen rápidamente, absorben material limitado y pueden no afectar significativamente a sus galaxias anfitrionas”. “Este descubrimiento abre una perspectiva completamente nueva sobre el crecimiento de los agujeros negros, ya que nuestra comprensión actual se basa en gran medida en que los agujeros negros más masivos en las galaxias más grandes tienen grandes efectos en sus anfitriones, pero es probable que los agujeros negros más pequeños en estas galaxias tendrá un impacto significativo”. No.”

El Telescopio Espacial Webb instala el Instrumento de Infrarrojo Medio (MIRI)

Los ingenieros trabajaron meticulosamente para implantar el instrumento de infrarrojo medio ISIM del Telescopio Espacial James Webb, o Módulo de Instrumento Científico Integrado, en la sala limpia del Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, el 29 de abril de 2013. Como sucesor de la sonda del Telescopio Espacial Hubble de la NASA , será El Telescopio Webb es el telescopio espacial más poderoso jamás construido. Observará los objetos más distantes del universo, proporcionará imágenes de las primeras galaxias que se formaron y verá planetas inexplorados orbitando estrellas distantes.

Otro hallazgo sorprendente, afirmó el astrónomo de la Universidad de Kuwait, es la ausencia de polvo en estas galaxias.

“Con el telescopio espacial James Webb, podemos identificar galaxias mucho más pequeñas que nunca, incluidas aquellas tan grandes como 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 contienen abundante polvo debido a las rápidas tasas de formación de estrellas. Supuse que las galaxias de menor masa también contendrían grandes cantidades de polvo, pero no fue así, lo que desafía mis expectativas y supone otro descubrimiento interesante.

Según Kirkpatrick, este trabajo cambia la comprensión de cómo crecen las galaxias, especialmente en relación con la Vía Láctea.

“Nuestro agujero negro parece estar completamente en calma y no muestra mucha actividad”, dijo. “Una de las preguntas importantes sobre la Vía Láctea es si está activa o ha pasado por una fase AGN. Si la mayoría de las galaxias, como la nuestra, carecen de AGN detectables, esto podría significar que nuestro agujero negro no fue más activo en el pasado. En última instancia, este conocimiento ayudará a limitar y medir las masas de los agujeros negros y arrojará luz sobre los orígenes del crecimiento de los agujeros negros, que siguen siendo una pregunta sin respuesta.

Referencia: “Documento principal VII de CEERS: JWST/MIRI revela pocas galaxias en el mediodía cósmico invisibles para Spitzer” por Allison Kirkpatrick, Guang Yang, Aurelian Le Bell, Greg Troiani, Eric F Bell, Nico J. Cleary, David Elbaz, Stephen L. Finkelstein, Nimish B. Hathi, Michaela Hirschmann, Ben W. Holwerda, Dale D. Koszewski, Ray A. Lucas, Jade McKinney, Casey Babovic, Pablo J. Pérez González, Alexandre de la Vega, Michaela B. Bagley, Emmanuel Daddy, Mark Dickinson, Henry C. Ferguson, Adriano Fontana, Andrea Grazian, Norman A. Grosjean, Pablo Arrabal Haro, Jehan S. Kartaltepe, Lisa J. Kelly, Antonio M. Cookmuir, Jennifer M. Lutz, Laura Pinterici, Noor Birzkal, Swara Ravindranath, Rachel S. Somerville, Jonathan R. Trump, Stephen M. Wilkins, Los Ángeles, Aaron Young, presentador. Diario astrofísico.
arXiv:2308.09750

Kirkpatrick recibió recientemente un nuevo cargo senior en JWST para realizar un estudio de campo más amplio de Extended Groth Strip utilizando MIRI. Su artículo actual incluía alrededor de 400 galaxias. Su próximo estudio (MEGA: MIRI EGS Galaxy y AGN Survey) incluirá alrededor de 5.000 galaxias. La obra está prevista para enero de 2024.

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