Веб свемирски телескоп тражи примордијалне црне рупе

Вебов тим свемирског телескопа настави са радом на мене Пуштање у рад То је последњи корак пред почетак научних операција у лето. Недавно смо видели невероватну фотографију Црна рупа у центру наше галаксије Млечни путузети од телескоп хоризонта догађаја. Једна од мистерија модерне астрономије је колика је свака од њих галаксија Дошао је да има огромну централност Црна рупаи како су неке од ових црних рупа изненађујуће велике чак и у раним временима универзума. Замолили смо Роберта Маиолина, члана Вебовог тима за блиски инфрацрвени спектрометар (НИРСпец), да нам каже како ће Веб помоћи да одговоримо на нека од ових питања.

„Једна од најузбудљивијих области открића које ће Веб откључати је потрага за примордијалним црним рупама у раном универзуму. Ово су семе најмасовнијих црних рупа које су астрономи пронашли у галактичким језгрима. Већина галаксија (можда све ) држе црне рупе у својим центрима, а њихове масе се крећу од између милиона до милијарди пута веће од масе нашег Сунца, ове супермасивне црне рупе су постале веома велике прождирењем материје око себе и спајањем мањих црних рупа.

„Најновије занимљиво откриће је откриће супермасивних црних рупа, са масама од неколико милијарди соларних маса, које су заправо постојале када је свемир био стар само око 700 милиона година, што је само делић његове садашње старости од 13,8 милијарди година. Ово је загонетно резултат, јер у тако раном добу није било довољно времена за развој тако масивних црних рупа, према стандардним теоријама. Предложени су неки сценарији за решавање ове мистерије.

Једна од могућности је да су црне рупе, узроковане смрћу прве генерације звезда у раном универзуму, акумулирале материјал изузетно великом брзином. Други сценарио је да би примордијални облаци гаса, који још нису обогаћени хемијским елементима тежим од хелијума, могли директно да се сруше и формирају[{“ attribute=““>black hole with a mass of a few hundred thousand solar masses, and subsequently accrete matter to evolve into the hyper-massive black holes observed at later epochs. Finally, dense, nuclear star clusters at the centers of baby galaxies may have produced intermediate mass black hole seeds, via stellar collisions or merging of stellar-mass black holes, and then become much more massive via accretion.

This illustration shows the populations of known black holes (large black dots) and the candidate black hole progenitors in the early universe (shaded regions). Credit: Roberto Maiolino, University of Cambridge

“Webb is about to open a completely new discovery space in this area. It is possible that the first black hole seeds originally formed in the ‘baby universe,’ within just a few million years after the big bang. Webb is the perfect ‘time machine’ to learn about these primeval objects. Its exceptional sensitivity makes Webb capable of detecting extremely distant galaxies, and because of the time required for the light emitted by the galaxies to travel to us, we will see them as they were in the remote past.

“Webb’s NIRSpec instrument is particularly well suited to identify primeval black hole seeds. My colleagues in the NIRSpec Instrument Science Team and I will be searching for their signatures during ‘active’ phases, when they are voraciously gobbling matter and growing rapidly. In these phases the material surrounding them becomes extremely hot and luminous and ionizes the atoms in their surroundings and in their host galaxies.

“NIRSpec will disperse the light from these systems into spectra, or ‘rainbows.’ The rainbow of active black hole seeds will be characterised by specific ‘fingerprints,’ features of highly ionized atoms. NIRSpec will also measure the velocity of the gas orbiting in the vicinity of these primeval black holes. Smaller black holes will be characterized by lower orbital velocities. Black hole seeds formed in pristine clouds will be identified by the absence of features associated with any element heavier than helium.

“I look forward to using Webb’s unprecedented capabilities to search for these black hole progenitors, with the ultimate goal of understanding their nature and origin. The early universe and the realm of black holes seeds is a completely uncharted territory that my colleagues and I are very excited to explore with Webb.”

— Roberto Maiolino, professor of experimental astrophysics and director of the Kavli Institute for Cosmology, University of Cambridge

Written by:

• Jonathan Gardner, Webb deputy senior project scientist, NASA’s Goddard Space Flight Center
• Stefanie Milam, Webb deputy project scientist for planetary science, NASA’s Goddard Space Flight Center