Вебб відкрив таємниці галактики, однієї з найвіддаленіших серед коли-небудь бачених

Зазирнувши вглиб простору та часу, дві команди дослідників за допомогою космічного телескопа Джеймса Вебба вивчили надзвичайно яскраву галактику GN-z11, яка існувала, коли нашому 13,8-мільярдному Всесвіту було лише близько 430 мільйонів років.

Про це розповідають в NASA, передають OstanniPodii.com.

Вперше виявлена космічним телескопом "Габбл", галактика GN-z11 — одна з наймолодших і найвіддаленіших з коли-небудь спостережуваних — настільки яскрава, що вчені не можуть зрозуміти, чому. Зараз GN-z11 відкриває деякі зі своїх таємниць.

Потужна чорна діра — найвіддаленіша з коли-небудь знайдених

Команда, яка вивчає GN-z11 за допомогою Вебба, знайшла перші чіткі докази того, що в цій галактиці є центральна надмасивна чорна діра, яка швидко притягує до себе матерію. Їхнє відкриття робить цю надмасивну чорну діру найвіддаленішою активною надмасивною чорною дірою, виявленою на сьогодні.

"Ми виявили надзвичайно щільний газ, який часто зустрічається поблизу надмасивних чорних дір, що акреціюють газ. Це були перші чіткі ознаки того, що GN-z11 містить чорну діру, яка поглинає матерію", - пояснив головний дослідник Роберто Майоліно з Кавендішської лабораторії та Інституту космології ім. Кавлі Кембридзького університету у Великій Британії.

Зображення: Поле галактик GOODS-Північ

На цьому зображенні, отриманому за допомогою інструменту NIRCam (Камера ближнього інфрачервоного діапазону) на борту Вебба, показано частину Поля галактик GOODS-Північ. У нижньому правому кутку знаходиться галактика GN-z11, яку видно через 430 мільйонів років після Великого вибуху. На зображенні збільшено ділянку з GN-z11 разом з центральним компактним джерелом, кольори якого узгоджуються з кольорами акреційного диска, що оточує чорну діру. Credits: NASA, ESA, CSA, Brant Robertson (UC Santa Cruz), Ben Johnson (CfA), Sandro Tacchella (Cambridge), Marcia Rieke (University of Arizona), Daniel Eisenstein (CfA)

Використовуючи Вебб, команда також знайшла ознаки іонізованих хімічних елементів, які зазвичай спостерігаються поблизу надмасивних чорних дір, що акреціюють. Крім того, вони виявили дуже потужний вітер, виштовхуваний галактикою. Такі високошвидкісні вітри, як правило, спричинені процесами, пов′язаними з надмасивними чорними дірами у процесі активного зростання.

"Камера NIRCam Вебба виявила протяжний компонент, що вказує на галактику-господаря, і центральне компактне джерело, кольори якого узгоджуються з кольорами акреційного диска, що оточує чорну діру", - сказала дослідниця Ханна Ублер, також з Кавендішської лабораторії та Інституту Кавлі.

Всі ці дані свідчать про те, що в галактиці GN-z11 знаходиться надмасивна чорна діра масою 2 мільйони сонячних мас, яка перебуває в дуже активній фазі поглинання матерії, і саме тому вона така яскрава.

Згущення з незайманого газу в гало GN-z11 заінтригувало дослідників

Друга команда, також під керівництвом Майоліно, використовувала NIRSpec (Спектрограф ближнього інфрачервоного діапазону) Вебба, щоб знайти газоподібний згусток гелію в гало, що оточує галактику.

"Той факт, що ми не бачимо нічого іншого, крім гелію, свідчить про те, що це згусток має бути досить чистим", - сказав Майоліно. "Це те, чого очікували теорія та симуляції поблизу особливо масивних галактик цих епох — що в гало повинні бути кишені незайманого газу, які збереглися в гало, і вони можуть колапсувати й утворювати зоряні скупчення Популяції III".

Пошук небачених раніше зір Популяції III — першого покоління зір, сформованих майже повністю з водню та гелію — є однією з найважливіших цілей сучасної астрофізики. Очікується, що ці зорі будуть дуже масивними, дуже світлими й дуже гарячими. Їхньою очікуваною ознакою є наявність іонізованого гелію та відсутність хімічних елементів, важчих за гелій.

Утворення перших зір і галактик знаменує собою фундаментальний зсув у космічній історії, під час якого Всесвіт перетворився з темного та відносно простого стану на високоструктуроване й складне середовище, яке ми бачимо сьогодні.

Зображення: Скупчення незайманого газу поблизу GN-z11

На цьому графіку, що складається з двох частин, показано докази наявності газоподібного згустку гелію в гало навколо галактики GN-z11. У верхній частині, в крайньому правому кутку, невелика рамка ідентифікує GN-z11 у полі галактик. Ліворуч — збільшене зображення галактики. У крайньому лівому квадратику показано карту гелієвого газу в гало GN-z11, включно зі згустком, який не видно в інфрачервоних кольорах на попередньому квадратику. У нижній половині графіка спектр показує чіткий "відбиток" гелію в гало. Повний спектр не виявляє жодних ознак інших елементів, а отже, можна припустити, що згусток гелію має бути досить чистим, складатися з газу водню й гелію, що залишився після Великого вибуху, без значного забруднення важчими елементами, що утворюються зорями. Теорія та симуляції поблизу особливо масивних галактик цих епох передбачають, що в гало повинні залишитися кишені незайманого газу, які можуть колапсувати й утворювати зоряні скупчення Популяції III. Credits: NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI)

Майоліно, Юблер та їхня команда досліджуватимуть GN-z11 глибше під час майбутніх спостережень за допомогою Вебба та сподіваються посилити докази на користь того, що в її гало можуть формуватися зорі Популяції III.

Дослідження чистого газового згустку в гало GN-z11 було прийнято до публікації в журналі Astronomy & Astrophysics. Результати дослідження чорної діри GN-z11 були опубліковані в журналі Nature 17 січня 2024 року.