En Uzaktaki Quasar Keşfedildi Süper Kütleli Kara Deliklerin Nasıl Büyüdüğüne Işık Tutuyor

Tam olarak 670 milyon yıl sonra Büyük patlama ve bilinen en eski süper kütleli Kara delikKuasar, evrenin erken evrelerinde devasa galaksilerin oluşumuna ışık tutuyor.

Arizona Üniversitesi tarafından yönetilen bir gökbilimci ekibi, bugüne kadar keşfedilen en uzak kuasar olan, Dünya’dan 13.03 milyar ışıkyılı uzaklıkta parlak bir kuasar gözlemledi. Büyük Patlama’dan 670 milyon yıl öncesine dayanan, evren şu anki yaşının yalnızca% 5’i iken, kuasar, 1,6 milyar güneşin toplam kütlesine eşdeğer süper kütleli bir kara deliğe ev sahipliği yapıyor.

Nesne, bilinen en uzak ve dolayısıyla en eski kuasar olmasının yanı sıra, karadeliğin çevresinden beşte birinde kaçan süper ısıtılmış gazın dışarı akan rüzgarının kanıtını gösteren türünün ilk örneğidir. ışık hızı. Yeni gözlemler, kuasar güdümlü kuvvetli bir rüzgarı ortaya çıkarmanın yanı sıra, resmi olarak J0313-1806 olarak adlandırılan kuasarın bulunduğu ev sahibi galakside yoğun yıldız oluşum aktivitesini de gösteriyor.

Araştırmacılar, yayınlanmak üzere kabul edilen bulgularını sunacaklar. Astrofizik Dergi Mektupları11-15 Ocak 2021 tarihleri ​​arasında neredeyse gerçekleşecek olan 237.Amerikan Astronomi Derneği Toplantısında bir basın toplantısı ve bilimsel bir konuşma sırasında.

Quasar J0313-1806 Etiketli

Uluslararası bir gökbilimci ekibi, Büyük Patlama’dan yaklaşık 670 milyon yıl sonra oluşmuş olan, Evrendeki en uzak kuasarı keşfetti. Kredi: Sanatçı illüstrasyonu: NOIRLab / NSF / AURA / J. da Silva

Bebek evrenindeki kuasarlar arasında bir önceki rekor sahibi üç yıl önce keşfedildi. Arizona Üniversitesi ekibi de bu keşfe katkıda bulundu. Kuasarların, gaz veya hatta yıldızların tamamı gibi çevreleyen maddeyi yutan süper kütleli kara deliklerden kaynaklandığı ve kara deliğin etrafında dönen bir yığılma diski olarak bilinen aşırı ısınmış bir madde girdabına neden olduğu düşünülmektedir. İçerdiği muazzam enerjiler nedeniyle kuasarlar, kozmostaki en parlak kaynaklardandır ve genellikle ev sahibi galaksileri gölgede bırakır.

J0313-1806, önceki rekor sahibinden yalnızca 20 milyon ışıkyılı daha uzakta olmasına rağmen, yeni kuasar iki kat daha ağır süper kütleli bir kara delik içeriyor. Bu, erken evrende kara deliklerin oluşumu üzerinde henüz en güçlü kısıtlamayı sağladığı için, kozmoloji için önemli bir ilerlemeye işaret ediyor.

UArizona’nın Steward Gözlemevi’nden Hubble Üyesi olan gazetenin baş yazarı Feige Wang, “Bu, süper kütleli bir kara deliğin etrafındaki ev sahibi galaksiyi nasıl etkilediğinin en eski kanıtıdır” dedi. “Daha az uzak galaksilerin gözlemlerinden, bunun olması gerektiğini biliyoruz, ancak bunun evrende bu kadar erken gerçekleştiğini hiç görmedik.”

Evrenin çok genç olduğu bir zamanda, kara deliklerinde milyarlarca değilse bile milyonlarca güneş kütlesini biriktirmiş olan kuasarlar, zar zor yapacak zamanları varken, nasıl ortaya çıktıklarını açıklamaya çalışan bilim adamlarına meydan okuyor. Kara delik oluşumunun yaygın olarak kabul edilen bir açıklaması, bir yıldızın ömrünün sonunda bir süpernova olarak patlaması ve bir kara deliğin içine çökmesiyle ilgilidir. Bu tür kara delikler zamanla birleştiğinde, teorik olarak süper kütleli kara deliklere dönüşebilirler. Bununla birlikte, her yıl bir doları kırarak bir emeklilik fonu inşa etmek birçok yaşam süresine ihtiyaç duyacağı gibi, erken evrendeki kuasarlar da yürümeye başlayan milyonerler gibidir; kütlelerini başka yollarla edinmiş olmalılar.

Yeni keşfedilen kuasar, süper kütleli kara deliklerin bu kadar kısa zaman ölçeklerinde nasıl oluştuğuna dair mevcut iki modeli ortadan kaldırarak yeni bir kriter sağlıyor. İlk modelde, büyük ölçüde hidrojenden oluşan ve metaller de dahil olmak üzere daha sonraki yıldızları oluşturan diğer birçok elementten yoksun olan büyük yıldızlar, genç bir galaksideki ilk nesil yıldızları oluşturur ve yeni oluşan kara deliğe besin sağlar. İkinci model, en başından itibaren büyük bir kara deliğe dönüşen yoğun yıldız kümelerini içerir.

Quasar J0313-1806, onu keşfeden ekibe göre, yukarıda belirtilen senaryolarla açıklanamayacak kadar büyük bir kara deliğe sahip. Ekip, merkezindeki kara deliğin Büyük Patlama’dan 100 milyon yıl sonra oluşması ve olabildiğince hızlı büyümesi durumunda, başlamak için yine de en az 10.000 güneş kütlesine sahip olması gerekeceğini hesapladı.

Vekiller Profesörü ve UArizona Astronomi Bölümü başkanı yardımcı yazar Xiaohui Fan, “Bu size, ne yaparsanız yapın, bu kara deliğin tohumunun farklı bir mekanizma tarafından oluşmuş olması gerektiğini söylüyor” dedi. “Bu durumda, büyük miktarlarda ilkel, soğuk hidrojen gazının doğrudan bir tohum kara deliğine çöker.”

Bu mekanizma, hammadde olarak tam teşekküllü yıldızlara ihtiyaç duymadığından, süper kütleli J0313-1806 kuasar kara deliğinin, evrende bu kadar erken bir zamanda 1,6 milyar güneş kütlesine büyümesine izin verecek tek mekanizma. Fan, yeni rekor quasar’ı bu kadar değerli kılan da budur.

“Daha düşük kırmızıya kaymalara gittiğinizde, tüm modeller daha az uzaktaki ve daha az kütleli olan kuasarların varlığını açıklayabilir” dedi. “Kara deliğin J0313-1806 ile gördüğümüz boyuta ulaşması için, en az 10.000 güneş kütlesine sahip bir tohum kara delikle başlaması gerekirdi ve bu sadece doğrudan çökme senaryosunda mümkün olabilirdi. . ”

Yeni keşfedilen kuasar, o zamandan beri çok daha uzun süredir var olan galaksilerde yavaşlayan veya durmuş olan galaksi şekillendirme süreçlerinin birçoğunun hala tam hızıyla devam ettiği evrenin şafağında bir galaksinin yaşamına nadir bir bakış sunuyor gibi görünüyor. .

Mevcut galaksi evrimi modellerine göre, merkezlerinde büyüyen süper kütleli kara delikler, galaksilerin nihayetinde yeni yıldızlar yaratmayı bırakmalarının ana nedeni olabilir. Kozmik boyutlarda bir kaynak gibi hareket eden kuasarlar, çevrelerini şiddetli bir şekilde patlatır, ev sahibi galaksilerini yıldızların oluştuğu hammadde olarak hizmet eden soğuk gazın çoğundan etkili bir şekilde temizler.

Fan, “Bu süper kütleli kara deliklerin, büyük galaksilerin çoğunun bir noktada yıldız oluşturmayı bırakmasının nedeni olduğunu düşünüyoruz” dedi. Daha düşük kırmızıya kaymalarda bu ‘su vermeyi’ gözlemliyoruz, ancak şimdiye kadar bu sürecin evren tarihinde ne kadar erken başladığını bilmiyorduk. Bu kuasar, su vermenin çok erken zamanlarda olmuş olabileceğinin en eski kanıtıdır. ”

Wang’ın ekibi, kuasarın parlaklığını ölçerek, merkezindeki süper kütleli karadeliğin her yıl ortalama 25 güneşin kütle eşdeğerini yuttuğunu hesapladı, bu da yüksek hızının sıcak olmasının ana nedeni olduğu düşünülüyor. plazma rüzgar göreceli bir hızla galaksiye doğru esiyor. Karşılaştırma için, merkezdeki kara delik Samanyolu çoğunlukla uykuda hale geldi.

Ve Samanyolu, her yıl yaklaşık bir güneş kütlesinin yavaş hızıyla yıldızlar oluştururken, J0313-1806 aynı zaman diliminde 200 güneş kütlesi üretir.

Wang, “Bu, benzer yaştaki diğer kuasarlarda gözlemlenene benzer nispeten yüksek bir yıldız oluşum oranı ve bize ev sahibi gökadanın çok hızlı büyüdüğünü söylüyor” dedi.

Fan, “Bu kuasarlar muhtemelen hala süper kütleli kara deliklerini inşa etme sürecindedir” diye ekledi. “Zamanla, kuasarın akışı ısınır ve tüm gazı galaksinin dışına iter ve sonra kara deliğin artık yiyecek hiçbir şeyi kalmaz ve büyümeyi durdurur. Bu, en eski devasa galaksilerin ve bunların kuasarlarının nasıl büyüdüğüne dair bir kanıt. ”

Steward Gözlemevi’nde Peter A. Strittmatter Araştırmacısı olan raporun ikinci yazarı Jinyi Yang, araştırmacıların aynı zaman diliminden, potansiyel yeni rekor kırıcılar da dahil olmak üzere birkaç tane daha kuasar bulmayı beklediklerini söyledi. Yang ve Fan, J0313-1806’nın keşfedildiği gece Şili’deki Las Campanas Gözlemevi’ndeki 6.5 metrelik Magellan Baade teleskobunda gözlem yapıyorlardı.

Yang, “Kuasar anketimiz çok geniş bir alanı kapsıyor ve gökyüzünün neredeyse yarısını taramamıza izin veriyor” dedi. “Daha detaylı gözlemlerle takip edeceğimiz daha fazla aday seçtik.”

Araştırmacılar, kuasarın sırları hakkında gelecekteki gözlemlerle, özellikle de NASA‘s James Webb Uzay Teleskobu, şu anda 2021’de piyasaya sürülmesi planlanıyor.

Wang, “Yer tabanlı teleskoplarla yalnızca bir nokta kaynağını görebiliriz,” dedi. “Gelecekteki gözlemler, kuasarı daha ayrıntılı bir şekilde çözmeyi mümkün kılabilir, çıkışının yapısını ve rüzgarın galaksisine ne kadar uzandığını gösterebilir ve bu bize onun evrim aşaması hakkında çok daha iyi bir fikir verebilir.”

6.5 metrelik Magellan Baade teleskopuna ek olarak, bu çalışmaya aşağıdaki aletler de dahil edildi: Her ikisi de Maunakea, Hawaii’de bulunan Gemini Kuzey Teleskobu ve WM Keck Gözlemevi; ve Gemini Güney Teleskobu, Cerro Tololo Inter-American Gözlemevi’ndeki Víctor M. Blanco 4-metre Teleskobu ve ALMA, Şili’nin Atacama Çölü’nde bulunan Atacama Büyük Milimetre Dizisi. Blanco Teleskobu’ndan elde edilen veriler, DESI NOIRLab’ın Topluluk Bilim ve Veri Merkezi’ndeki (CSDC) Astro Veri Laboratuvarı aracılığıyla astronomik topluluğa sunulan Eski Görüntüleme Araştırmaları, ilk olarak J0313-1806’nın tanımlanmasına yardımcı oldu ve Gemini South gözlemleri, onun bir kuasar olarak kimliğini doğrulamak için kullanıldı.

Araştırma ekibinde ayrıca Steward Gözlemevi’nde bulunan astronom Richard Green ve doktora öğrencisi Minghao Yue de yer alıyor. Araştırma NASA, Ulusal Bilim Vakfı, Avrupa Araştırma Konseyi ve Çin Ulusal Bilim Vakfı tarafından finanse edildi.

Magellan Teleskopları, Arizona Üniversitesi de dahil olmak üzere ABD üniversitelerinin işbirliği ile yönetilmektedir.

ABD’nin yer tabanlı optik-kızılötesi astronomi merkezi olan NOIRLab (Ulusal Optik-Kızılötesi Astronomi Araştırma Laboratuvarı), uluslararası Gemini Gözlemevi’ni (NSF, NRC-Kanada, ANID-Şili, MCTIC-Brezilya, MINCyT-Arjantin tesisi) işletmektedir. ve KASI-Kore Cumhuriyeti), Kitt Peak Ulusal Gözlemevi (KPNO), Cerro Tololo Inter-American Gözlemevi (CTIO), Topluluk Bilim ve Veri Merkezi (CSDC) ve Vera C. Rubin Gözlemevi. Astronomi Araştırma Üniversiteleri Birliği (AURA) tarafından NSF ile yapılan bir işbirliği anlaşması altında yönetilmektedir ve merkezi Tucson, Arizona’dadır.

Astronomi topluluğu, Arizona’daki Iolkam Du’ag (Kitt Peak), Hawaii’deki Maunakea ve Şili’deki Cerro Tololo ve Cerro Pachón’da astronomik araştırma yapma fırsatına sahip olmaktan onur duyuyor. Bu sitelerin sırasıyla Tohono O’odham Ulusuna, Yerli Hawai topluluğuna ve Şili’deki yerel topluluklara olan çok önemli kültürel rolü ve saygısını kabul ediyor ve kabul ediyoruz.