Webb 망원경은 가장 멀리 있는 활성 초대질량 블랙홀을 감지합니다.

연구원들은 JWST(James Webb Space Telescope)를 통해 지금까지 가장 멀리 떨어져 있는 활성 초대질량 블랙홀을 발견했습니다. CEERS 1019 은하는 빅뱅 이후 약 5억 7천만 년 동안 존재했으며, 이 은하의 블랙홀은 초기 우주에서 아직 확인된 다른 블랙홀보다 질량이 적습니다.

연구원들은 CEERS 1019의 블랙홀 외에도 빅뱅 이후 10억년과 11억년 동안 더 작은 크기로 존재했던 두 개의 블랙홀을 더 확인했습니다. JWST는 또한 우주가 4억 7천만 년에서 6억 7천 5백만 년 되었을 때 존재했던 11개의 은하를 확인했습니다. 이 증거는 오스틴에 있는 텍사스 대학의 천문학 교수인 Steven Finkelstein이 이끄는 JWST의 Cosmic Evolution Early Release Science(CEERS) 조사에서 제공되었습니다. 이 프로그램은 JWST의 매우 상세한 근적외선 및 중적외선 이미지와 이러한 발견에 사용된 스펙트럼으로 알려진 데이터를 결합합니다.

최근 Ph.D.인 Rebecca Larson은 “이 망원경으로 이 먼 물체를 보는 것은 우리 은하계 근처에 존재하는 블랙홀의 데이터를 보는 것과 매우 흡사합니다.”라고 말했습니다. 연구를 주도한 UT Austin을 졸업했습니다. “분석할 스펙트럼 라인이 너무 많습니다!”

연구팀은 이러한 결과를 특별판의 여러 초기 논문에 발표했습니다. 천체 물리학 저널 편지.

CEERS 1019는 얼마나 오래 전에 존재했는지 뿐만 아니라 블랙홀의 무게가 상대적으로 작다는 점에서도 주목할 만합니다. 그것은 초기 우주에도 존재했고 다른 망원경에 의해 감지된 다른 블랙홀보다 훨씬 적은 약 9백만 개의 태양 질량을 기록합니다. 이 거대괴수는 일반적으로 태양 질량의 10억 배 이상을 포함하고 있으며 훨씬 더 밝기 때문에 감지하기가 더 쉽습니다. CEERS 1019 내의 블랙홀은 태양 질량의 460만 배인 우리 은하의 중심에 있는 블랙홀과 비슷합니다.

비록 더 작지만 이 블랙홀은 훨씬 더 일찍 존재했기 때문에 우주가 시작된 직후에 어떻게 형성되었는지 설명하기는 여전히 어렵습니다. 연구원들은 더 작은 블랙홀이 우주에서 더 일찍 존재했음에 틀림없다는 것을 오랫동안 알고 있었지만 JWST가 결정적인 탐지를 할 수 있다는 관찰을 시작하기 전까지는 그렇지 않았습니다.

팀은 스펙트럼의 어떤 방출이 블랙홀과 호스트 은하에서 오는 것인지 풀 수 있을 뿐만 아니라 블랙홀이 얼마나 많은 가스를 섭취하고 있는지 정확히 파악하고 은하의 별 형성 속도를 결정할 수 있습니다.

팀은 이 은하가 가능한 한 많은 가스를 섭취하는 동시에 새로운 별을 대량 생산하고 있음을 발견했습니다. 그들은 그 이유를 알아보기 위해 이미지로 눈을 돌렸습니다. 시각적으로 CEERS 1019는 단일 원형 디스크가 아닌 세 개의 밝은 덩어리로 나타납니다.

“우리는 이 거리에서 이미지에서 그렇게 많은 구조를 보는 데 익숙하지 않습니다. “은하 병합은 이 은하의 블랙홀 활동에 부분적으로 책임이 있을 수 있으며, 이는 또한 증가된 별 형성으로 이어질 수 있습니다.”

이것은 CEERS Survey의 첫 번째 획기적인 결과일 뿐입니다.

“지금까지 초기 우주의 물체에 대한 연구는 대체로 이론적이었습니다.”라고 Finkelstein은 말했습니다. “Webb을 사용하면 극한의 거리에 있는 블랙홀과 은하를 볼 수 있을 뿐만 아니라 이제 정확하게 측정할 수 있습니다. 이것이 바로 이 망원경의 엄청난 힘입니다.”

미래에는 JWST의 데이터가 초기 블랙홀이 어떻게 형성되었는지를 설명하는 데 사용될 수도 있으며, 우주 역사의 처음 수억 년 동안 블랙홀이 어떻게 성장하고 진화했는지에 대한 연구원의 모델을 수정할 수도 있습니다.

James Webb Space Telescope는 파트너인 유럽 우주국 및 캐나다 우주국과 함께 NASA가 주도하는 국제 프로그램입니다.

더 멀리 있는 블랙홀과 은하

CEERS 설문 조사는 광범위하며 더 많은 것을 탐색할 수 있습니다. Maine주 Waterville에 있는 Colby College의 팀원 Dale Kocevski와 팀은 데이터에서 또 다른 작은 블랙홀 쌍을 재빨리 발견했습니다. 은하 CEERS 2782 내에서 첫 번째는 선택하기 가장 쉬웠습니다. JWST의 시야를 가리는 먼지가 없기 때문에 연구자들은 블랙홀이 빅뱅 이후 11억 년 만에 우주 역사상 언제 존재했는지 즉시 확인할 수 있었습니다. 은하 CEERS 746에 있는 두 번째 블랙홀은 빅뱅 이후 10억 년 조금 더 일찍 존재했습니다. 초대형 블랙홀을 둘러싸고 있는 가스와 먼지로 구성된 고리인 밝은 강착 원반은 여전히 ​​부분적으로 먼지로 덮여 있습니다.

Kocevski는 “중앙 블랙홀이 보이지만 먼지의 존재는 별을 격렬하게 펌핑하는 은하계 내에 있을 수 있음을 시사합니다.”라고 설명했습니다.

CEERS 1019에 있는 것과 마찬가지로 새로 기술된 두 개의 다른 블랙홀(은하 CEERS 2782 및 CEERS 746)도 “가벼운 무게”입니다. 적어도 이 거리에서 이전에 알려진 초거대질량 블랙홀과 비교할 때 말입니다. 그것들은 태양 질량의 약 천만 배에 불과합니다.

“연구원들은 초기 우주에 더 낮은 질량의 블랙홀이 있어야 한다는 것을 오랫동안 알고 있었습니다. Webb는 블랙홀을 이렇게 명확하게 포착할 수 있는 최초의 관측소입니다.”라고 Kocevski는 말했습니다. “이제 우리는 더 낮은 질량의 블랙홀이 도처에 발견되기를 기다리고 있다고 생각합니다.”

JWST 이전에는 세 개의 블랙홀 모두 너무 희미해서 감지할 수 없었습니다.

Finkelstein은 “다른 망원경을 사용하면 이러한 목표물은 활동적인 초대질량 블랙홀이 아니라 일반적인 별 형성 은하처럼 보입니다.”라고 덧붙였습니다.

JWST의 민감한 스펙트럼은 또한 이 연구원들이 초기 우주에서 은하까지의 정확한 거리와 그로 인한 나이를 측정할 수 있게 해주었습니다. 국립과학재단(National Science Foundation) NOIRLab의 팀원인 파블로 아라발 하로(Pablo Arrabal Haro)와 오스틴 대학교(UT Austin)의 박사 후 연구원이자 허블 펠로우인 후지모토 세이지(Seiji Fujimoto)는 빅뱅 이후 4억 7천만 년에서 6억 7천 5백만 년 동안 존재했던 11개의 은하를 확인했습니다. 그것들은 극도로 멀리 떨어져 있을 뿐만 아니라, 그렇게 많은 밝은 은하들이 발견되었다는 사실은 주목할 만합니다. 연구자들은 JWST가 이 거리에서 발견되는 것보다 더 적은 수의 은하를 감지할 것이라고 이론화했습니다.

Arrabal Haro는 “Webb이 반환한 멀리 떨어진 은하계의 매우 상세한 스펙트럼의 양에 압도당했습니다.”라고 말했습니다. “이 데이터는 절대적으로 믿을 수 없습니다.”

이 은하는 빠르게 별을 형성하고 있지만 아직 집에 훨씬 더 가까운 은하만큼 화학적으로 풍부하지는 않습니다.

“Webb은 이러한 은하 중 일부를 처음으로 감지했습니다.”라고 Fujimoto는 설명했습니다. “미래에 우리가 식별할 수 있는 다른 먼 은하와 함께 이 세트는 우주 역사를 통해 별 형성과 은하 진화에 대한 우리의 이해를 바꿀 수 있습니다.”라고 그는 덧붙였습니다.

스페셜 에디션 바로가기 천체 물리학 저널 편지: https://iopscience.iop.org/collections/apjl-230504-220_Focus-on-CEERS-JWST-Survey

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2023/07/230706124536.htm