¿Qué pasó con todos los agujeros negros supermasivos? Astrónomos sorprendidos por los datos de Webb

Telescopio espacial James Webb La encuesta revela menos agujeros negros supermasivos de lo esperado.

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

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

Detalles del estudio

Recientemente se publicó en arXiv antes de la publicación formal revisada por pares en EL Diario astrofísico.

El trabajo, dirigido por Allison Kirkpatrick, profesora asistente de física y astronomía en KU, se centró en un área del cosmos estudiada durante mucho tiempo llamada Franja de Groth Extendida, ubicada entre las constelaciones de la Osa Mayor y Bootes. Sin embargo, estudios anteriores de la zona se basaron en una generación menos potente de telescopios espaciales.

«Nuestras observaciones se realizaron en junio y diciembre pasados ​​y nuestro objetivo era caracterizar la apariencia de las galaxias durante el apogeo de la formación estelar en el universo», dijo Kirkpatrick. “Esta es una mirada atrás en el tiempo, hace entre 7 y 10 mil millones de años. Utilizamos 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 ese polvo puede ocultar la formación estelar en curso y puede ocultar agujeros negros supermasivos en crecimiento. Así que hice el primer estudio para buscar estos agujeros negros supermasivos que acechan en los centros de estas galaxias».

Mostramos el MIRI que apunta 1 (panel derecho) junto con las observaciones de Spitzer/IRAC (centro) y MIPS (izquierda) del
misma región. Las aperturas muestran la posición de las fuentes detectadas en cada imagen (solo región MIRI). Para MIPS (IRAC)
En la imagen, las aberturas son de 6″ (2″), lo que coincide con el tamaño del radio de la herramienta. 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 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 presenta una supermasiva agujero negro En esencia, los AGN son trastornos más espectaculares que atraen activamente gas y exhiben un brillo ausente en los agujeros negros típicos.

Kirkpatrick y varios otros astrofísicos predijeron que el estudio JWST de alta resolución encontraría muchos más AGN que un estudio anterior, realizado con el Telescopio Espacial Spitzer. Sin embargo, incluso con el aumento de potencia y sensibilidad de MIRI, se encontraron pocos AGN adicionales en la nueva encuesta.

«Los resultados parecían completamente diferentes de lo que había anticipado, lo que me llevó a mi primera gran sorpresa», dijo Kirkpatrick. “Una revelación importante ha sido la escasez de agujeros negros supermasivos de rápido crecimiento. Este descubrimiento ha planteado dudas sobre dónde se encuentran estos objetos. Resulta que estos agujeros negros probablemente estén creciendo a un ritmo más lento de lo que se creía anteriormente, lo cual es interesante, considerando que las galaxias que he estado examinando se parecen a las nuestras. vía Láctea del pasado. Las observaciones anteriores del Spitzer nos permitieron estudiar sólo las galaxias más brillantes y masivas con agujeros negros supermasivos de rápido crecimiento, lo que las hace fáciles de detectar”.

Kirkpatrick dijo que un gran misterio en astronomía radica en 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.

«Los resultados del estudio sugieren que estos agujeros negros no están creciendo rápidamente, no están absorbiendo material limitado y tal vez no tengan un impacto significativo en sus galaxias anfitrionas», dijo. “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 los agujeros negros más masivos de las galaxias más grandes, que tienen efectos significativos en sus anfitriones, pero los agujeros negros más pequeños de estas galaxias probablemente sí. No.»

Los ingenieros trabajaron meticulosamente para implantar el instrumento de infrarrojo medio del Telescopio Espacial James Webb en el ISIM, o Módulo de Instrumentos Científicos Integrados, en la sala limpia del Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, el 29 de abril de 2013. Como sucesor del Hubble de la NASA Telescopio Espacial, el Telescopio Webb será 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 alrededor de estrellas distantes.

Otro hallazgo sorprendente fue la falta de polvo en estas galaxias, afirmó el astrónomo KU.

«Utilizando JWST, podemos identificar galaxias mucho más pequeñas que nunca, incluidas aquellas del tamaño de 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 tienen abundante polvo debido a su rápido ritmo de formación estelar. Había asumido que las galaxias de menor masa también contienen cantidades significativas de polvo, pero no es así, desafiando mis expectativas y proporcionando otro descubrimiento intrigante».

Según Kirkpatrick, el trabajo cambia nuestra comprensión de cómo crecen las galaxias, particularmente en lo que respecta a la Vía Láctea.

«Nuestro agujero negro parece bastante tranquilo, no muestra mucha actividad», dijo. “Una pregunta importante con respecto a la Vía Láctea es si alguna vez estuvo activa o pasó por una fase AGN. Si la mayoría de las galaxias, como la nuestra, no tienen AGN detectables, esto podría implicar que nuestro agujero negro nunca ha estado tan activo en el pasado. En última instancia, este conocimiento ayudará a limitar y medir las masas de los agujeros negros, arrojando luz sobre los orígenes del crecimiento de los agujeros negros, que siguen siendo una pregunta sin respuesta».

Referencia: “Documento clave VII de CEERS: JWST/MIRI revela una débil población de galaxias al mediodía cósmico invisible para Spitzer” por Allison Kirkpatrick, Guang Yang, Aurelien Le Bail, Greg Troiani, Eric F. Bell, Nikko J. Cleri, David Elbaz , Steven L. Finkelstein, Nimish P. Hathi, Michaela Hirschmann, Benne W. Holwerda, Dale D. Kocevski, Ray A. Lucas, Jed McKinney, Casey Papovich, Pablo G. Pérez-González, Alexander de la Vega, Micaela B. Bagley, Emanuele Daddi, Mark Dickinson, Henry C. Ferguson, Adriano Fontana, Andrea Grazian, Norman A. Grogin, Pablo Arrabal Haro, Jeyhan S. Kartaltepe, Lisa J. Kewley, Anton M. Koekemoer, Jennifer M. Lotz, Laura Pentericci , Nor Pirzkal, Swara Ravindranath, Rachel S. Somerville, Jonathan R. Trump, Stephen M. Wilkins y LY Aaron Yung, Publicado, La revista de astrofísica.
arXiv:2308.09750

Kirkpatrick recientemente compró mucho tiempo en JWST para realizar un estudio más amplio del campo de la racha de crecimiento extendido con 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. Las obras están previstas para enero de 2024.