La NASA découvre un trou noir supermassif record à plus de 13 milliards d’années-lumière

• Un indicateur majeur de la croissance de la masse supermassive Le trou noir – Émission de rayons X – trouvée dans une galaxie lointaine, très lointaine.
• Cette galaxie, UHZ1, est située à 13,2 milliards d’années-lumière et a été observée lorsque l’univers n’avait que 3 % de son âge actuel.
• NASAObservatoire de rayons X Chandra et Télescope spatial James Webb Ils ont combiné leurs efforts pour faire cette découverte.
• C’est la meilleure preuve à ce jour que certains des premiers trous noirs se sont formés à partir d’énormes nuages ​​de gaz.

Les astronomes ont découvert le trou noir le plus éloigné jamais détecté en rayons X (dans une galaxie baptisée UHZ1) à l’aide des télescopes spatiaux Chandra et Webb. L’émission de rayons X est un signe clair de la présence d’un trou noir supermassif. Ce résultat pourrait expliquer comment se sont formés certains des premiers trous noirs supermassifs de l’univers. Ces images montrent l’amas de galaxies Abell 2744 derrière UHZ1, en rayons X de Chandra et en données infrarouges de Webb, ainsi que des gros plans de la galaxie hôte du trou noir UHZ1. Source : Radiographie : NASA/CXC/SAO/Ákos Bogdán ; Infrarouge : NASA/ESA/CSA/STScI ; Traitement d’images : NASA/CXC/SAO/L. Fratari et K. Arcand

Les télescopes de la NASA découvrent un trou noir record

Cette image révèle le trou noir le plus éloigné jamais identifié grâce aux rayons X, mettant potentiellement en lumière la formation des trous noirs supermassifs les plus anciens de l’univers. La découverte a été faite à l’aide de rayons X de l’observatoire de rayons X Chandra de la NASA (représentés en violet) et de données infrarouges du télescope spatial James Webb (représentées en rouge, vert et bleu).

Distances et notes hongroises

Le trou noir extrêmement éloigné de la galaxie UHZ1 est situé en direction de l’amas de galaxies Abell 2744. L’amas de galaxies se trouve à environ 3,5 milliards d’années-lumière de la Terre. Cependant, les données de Webb révèlent que UHZ1 est beaucoup plus loin qu’Abell 2744. À environ 13,2 milliards d’années-lumière, UHZ1 pouvait être observé alors que l’univers n’avait que 3 % de son âge actuel.

Lentille gravitationnelle et détection des rayons X

Grâce à plus de deux semaines d’observations depuis Chandra, les chercheurs ont pu détecter l’émission de rayons X d’UHZ1, indication de la présence d’un trou noir supermassif se développant au centre de la galaxie. Le signal des rayons X est si faible que Chandra n’a pu le détecter – même avec une observation aussi longue – qu’en raison d’un phénomène connu sous le nom de lentille gravitationnelle qui a multiplié le signal par quatre.

Techniques d’imagerie et d’orientation

Les parties violettes de l’image montrent les rayons X provenant de grandes quantités de gaz chauds dans Abell 2744. L’image infrarouge montre des centaines de galaxies dans l’amas, ainsi que quelques étoiles au premier plan. Les inserts sont agrandis à une petite région centrée autour de UHZ1. Le petit objet dans l’image Web est la galaxie lointaine UHZ1 et le centre de l’image Chandra montre des rayons X provenant d’un matériau proche du trou noir supermassif au milieu d’UHZ1. La grande taille de la source de rayons X par rapport à la vue infrarouge de la galaxie est due au fait qu’elle représente le plus petit volume que Chandra puisse résoudre. Les rayons X proviennent en réalité d’une région beaucoup plus petite de la galaxie.

Un lissage différent a été appliqué à l’image Chandra plein champ et à l’image Chandra en gros plan. Un lissage a été effectué sur de nombreux pixels de la grande image, afin de mettre en évidence les faibles émissions d’amas, au détriment de l’absence de sources ponctuelles de rayons X faibles telles que UHZ1. Beaucoup moins de lissage a été appliqué à l’image en gros plan, de sorte que de faibles sources de rayons X apparaissent. L’image est orientée de manière à ce que le nord pointe à 42,5 degrés à droite de la verticale.

Illustration : Un trou noir lourd formé à partir de l’effondrement direct d’un énorme nuage de gaz. Source de l’image : NASA/STScI/Leah Hostak

L’importance de la découverte

Cette découverte est importante pour comprendre comment certains trous noirs supermassifs – ceux contenant jusqu’à des milliards de masses solaires et trouvés au centre des galaxies – peuvent atteindre des masses massives si peu de temps après le Big Bang. Sont-ils formés directement à partir de l’effondrement de nuages ​​de gaz massifs, créant des trous noirs pesant entre dix mille et cent mille soleils ? Ou bien vient-il des explosions des premières étoiles qui créent des trous noirs d’une masse d’une dizaine à une centaine de soleils seulement ?

Résultats de recherche et implications théoriques

L’équipe d’astronomes a trouvé des preuves solides que le trou noir nouvellement découvert dans UHZ1 était né massif. Ils estiment sa masse entre 10 et 100 millions de soleils, sur la base de la luminosité et de l’énergie des rayons X. Cette plage de masse est similaire à celle de toutes les étoiles de la galaxie dans laquelle elles vivent, ce qui contraste fortement avec les trous noirs au centre des galaxies de l’univers proche qui ne contiennent généralement qu’environ un dixième de pour cent de leur propre masse. . Hébergez les étoiles de la galaxie.

La grande masse du trou noir à un jeune âge, ainsi que la quantité de rayons X qu’il émet et la luminosité de la galaxie découverte par Webb, sont toutes cohérentes avec les prédictions théoriques de 2017 d’un « trou noir supermassif » formé directement à partir de La galaxie. Effondrement d’un énorme nuage de gaz.

Recherche et collaboration continues

Les chercheurs prévoient d’utiliser ces résultats ainsi que d’autres résultats provenant de Webb et de ceux collectant des données provenant d’autres télescopes pour dresser un tableau plus large de l’univers primitif.

L’article décrivant les résultats apparaît dans Astronomie naturelle. Les auteurs incluent Akos Bogdan (Centre d’Astrophysique | Harvard et Smithsonian), Andy Golding (université de Princeton), Priyamvada Natarajan (Université de Yale), Ursolya Kovacs (Université Masaryk, République tchèque), Grant Tremblay (CFA), Urmila Chadayamuri (CfA), Marta Volontaire (Institut de Astrophysique de Paris, France), Ralph Kraft (CfA), William Fuhrmann (CfA), Christine Jones (CfA), Eugene Chorazov (Institut Max Planck d’astrophysique, Allemagne) et Irina Jouravleva (Université de Chicago).

Les données Webb utilisées dans les deux recherches font partie d’une enquête appelée Ultradeep Nirspec et nirCam Observations Before the Era of Reionization (UNCOVER). Le journal, dirigé par Andy Golding, membre de l’équipe UNCOVER, apparaît dans Lettres de journaux astrophysiques. Les co-auteurs comprennent d’autres membres de l’équipe UNCOVER, ainsi que Bogdan et Natarajan. Un article d’interprétation détaillé comparant les propriétés observées d’UHZ1 avec des modèles théoriques de galaxies à trous noirs massifs est actuellement en cours de révision et une prépublication est disponible. ici.

Les références:

« Preuve de l’origine des graines lourdes des premiers trous noirs supermassifs du quasar à rayons X az ≈ 10 » par Akos Bogdan, Andy D. Golding, Priyamvada Natarajan, Ursulia E. Kovacs, Grant R. Tremblay, Urmila Chadayamuri, Marta Volontiri , Ralph P. Kraft, William R. . Forman, Christine Jones, Eugene Chorazov et Irina Zhuravleva, 6 novembre 2023, Astronomie naturelle.
est ce que je: 10.1038/s41550-023-02111-9

« Découverte : Croissance des premiers trous noirs massifs de JWST/NIRSpec – Confirmation spectroscopique du redshift de l’AGN illuminé par rayons X à z = 10,1 » par Andy D. Golding et Jenny E. Green et David J. Seaton, Ivo Lappé, Rachel Bezançon, Tim B. Miller, Hakim Atiq, Akos Bogdan, Gabriel Brammer, Iryna 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 et Adi Zittrain, 22 septembre 2023, Lettres de journaux astrophysiques.
est ce que je: 10.3847/2041-8213/acf7c5

Le Marshall Space Flight Center de la NASA gère le programme Chandra. Le Chandra X-ray Center du Smithsonian Astrophysical Observatory contrôle les opérations scientifiques depuis Cambridge, dans le Massachusetts, et les opérations aériennes depuis Burlington, dans le Massachusetts.

Le télescope spatial James Webb est le principal observatoire des sciences spatiales au monde. Webb résoudra les mystères de notre système solaire, regardera au-delà des mondes lointains autour d’autres étoiles et explorera les structures mystérieuses et les origines de notre univers ainsi que la place que nous y occupons. WEB est un programme international mené par la NASA avec ses partenaires l’Agence spatiale européenne (ESA).Agence spatiale européenne) et l’Agence spatiale canadienne.