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詹姆斯·韦伯太空望远镜调查显示超大质量黑洞比预想的要少

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online_member 发表于 2023-9-1 16:37:21 | 显示全部楼层 |阅读模式


活动星系核插图。鸣谢:欧空局/美国航天局/AVO/保罗·帕多瓦尼

据堪萨斯大学(布兰登·m·林奇):堪萨斯大学使用詹姆斯·韦伯太空望远镜对宇宙进行了一次调查,发现活动星系核(AGN)——体积迅速增大的超大质量黑洞——比许多天文学家此前假设的要罕见。

这些发现是由JWST的中红外仪器(MIRI)得出的,表明我们的宇宙可能比想象的要稳定一些。这项工作也让人们对昏暗星系的观测、它们的特性以及识别AGN的挑战有了更深入的了解。

在《天体物理学杂志》正式发表同行评议之前,arXiv上发表了一篇新论文,详细介绍了在宇宙演化早期释放科学(CEERS)计划赞助下进行的JWST研究。

这项工作由KU大学物理学和天文学助理教授Allison Kirkpatrick领导,重点关注宇宙中一个被称为扩展Groth Strip的长期研究区域,位于大熊座和botes星座之间。但是以前对该地区的研究依赖于功能较弱的新一代太空望远镜。

柯克帕特里克说:“我们的观测是在去年6月和12月进行的,我们的目标是描述宇宙中恒星形成全盛时期星系的样子。”。“这是对过去70到100亿年时间的回顾。我们使用詹姆斯·韦伯太空望远镜上的中红外仪器来观察过去存在100亿年的星系中的尘埃,这些尘埃可以隐藏正在形成的恒星,也可以隐藏正在生长的超大质量黑洞。因此,我进行了第一次调查,以寻找这些星系中心潜伏的超大质量黑洞。”

虽然每个星系的中心都有一个超大质量黑洞,但AGN星系是更壮观的剧变,它积极地吸入气体,并显示出典型黑洞所没有的亮度。

Kirkpatrick和许多天体物理学家同事预计,与之前用斯皮策太空望远镜进行的调查相比,分辨率更高的JWST调查将定位更多的AGN。然而,即使MIRI的力量和灵敏度有所提高,在新的调查中也没有发现额外的AGN。



MIRI指向1(右图)旁边的Spizter/IRAC(中)和MIPS(左)对同一地区的观察。鸣谢:Kirkpatrick等人,arXiv (2023)。DOI: 10.48550/arxiv.2308.09750

柯克帕特里克说:“结果看起来与我预期的完全不同,这是我第一次感到惊讶。”。“一个重要的发现是快速增长的超大质量黑洞的稀缺。这一发现引发了关于这些物体下落的疑问。事实证明,这些黑洞的增长速度可能比之前认为的要慢,这很有趣,考虑到我检查的星系与我们过去的银河系很相似。使用斯皮策的早期观测只允许我们研究最亮、最大质量的星系,这些星系具有快速增长的超大质量黑洞,使它们很容易被探测到。”

柯克帕特里克说,天文学中一个重要的秘密在于理解典型的超大质量黑洞,如在银河系等星系中发现的黑洞,是如何增长和影响它们的宿主星系的。

“这项研究的发现表明,这些黑洞没有快速增长,吸收了有限的物质,也许没有显著影响它们的宿主星系,”她说。“这一发现开启了黑洞增长的全新视角,因为我们目前的理解很大程度上是基于最大星系中最大质量的黑洞,这些黑洞对它们的宿主有着重大影响,但这些星系中较小的黑洞可能不会。”

KU天文学家说,另一个令人惊讶的结果是这些星系中缺乏尘埃。

“通过使用JWST,我们可以识别比以前小得多的星系,包括银河系大小或甚至更小的星系,这在这些红移(宇宙距离)下是不可能的,”柯克帕特里克说。“通常,最大质量的星系由于其快速的恒星形成速率而拥有丰富的尘埃。我曾假设质量较低的星系也会包含大量的尘埃,但它们没有,这出乎我的意料,提供了另一个有趣的发现。”

根据Kirkpatrick的说法,这项工作改变了对星系如何成长的理解,特别是关于银河系。

“我们的黑洞似乎很平静,没有显示出太多的活动,”她说。“关于银河系的一个重要问题是,它是否曾经活跃过,或者经历过一个AGN阶段。如果像我们这样的大多数星系缺乏可探测的AGN,这可能意味着我们的黑洞在过去从未如此活跃过。最终,这些知识将有助于限制和测量黑洞质量,揭示黑洞增长的起源,这仍然是一个没有答案的问题。”

Kirkpatrick最近在JWST赢得了重要的新时间,与MIRI一起对延伸的Groth带状油田进行了更大的调查。她目前的论文包括了大约400个星系。她即将进行的调查(MEGA: MIRI EGS星系和AGN调查)将包括大约5000个星系。这项工作计划于2024年1月完成。
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