นักดาราศาสตร์ได้ตรวจวัดมวลของหลุมดำโดยตรงเป็นครั้งแรกด้วยจุดสีแดงเล็กๆ วัตถุที่เรียกว่า Abell 2744-QSO1 อยู่ที่ Redshift ที่ 7.04 การสังเกตการณ์นี้ใช้ข้อมูลจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ และการสำรวจเลนส์โน้มถ่วงแรงสูง
หลุมดำมีมวลประมาณ 50 ล้านมวลดวงอาทิตย์ การหมุนของแก๊สรอบๆ กาซเป็นไปตามรูปแบบเคปเปิลที่สอดคล้องกับจุดศูนย์กลางของมวล ผลลัพธ์ที่ได้ช่วยเสริมการประมาณการไวรัสก่อนหน้านี้ และบ่งชี้ว่าหลุมดำครอบงำมวลของระบบ
การสังเกตของ JWST เผยให้เห็นโครงสร้างที่กะทัดรัด
เอเบลล์ 2744-QSO1 ถูกระบุว่าเป็นจุดสีแดงเล็กๆ ทั่วไป มีความต่อเนื่องของสีแดงในแสงและความชันสีน้ำเงินในรังสีอัลตราไวโอเลต สเปกโทรสโกปีด้วย NIRSpec ยืนยัน redshift z=7.04 และเส้นกว้างใน Hα และ Hβ
- การแผ่รังสีHαที่แคบจะขยายออกไปได้ถึง 200 พาร์เซก
- สนามความเร็วแสดงความลาดชันประมาณ 10 กม./วินาที
- เทคนิคสเปกโตรแอสโตรเมทรีวัดการกระจัดของเซนทรอยด์ในช่องความเร็ว
- การวิเคราะห์การหมุนรอบวงกว้างและข้อมูลความละเอียดสูงไม่รวมการมีส่วนร่วมในกระจุกดาวนิวเคลียร์ที่มีนัยสำคัญ
รายละเอียดเหล่านี้มาจากการเปิดเผยเชิงลึกซึ่งใช้เวลารวมหลายชั่วโมงในการบูรณาการ เลนส์โน้มถ่วงจะขยายวัตถุและช่วยให้สามารถแก้ไขโครงสร้างที่ไม่สามารถเข้าถึงได้
การหมุนรอบตัวเองของเคพเปลเรียนชี้ไปที่หลุมดำหลัก
เส้นโค้งการหมุนรอบตัวเองไม่เหมาะกับกระจุกดาวนิวเคลียร์แบบเดียวกับที่ใจกลางทางช้างเผือก แบบจำลองการกระจายมวลแบบขยายแสดงความเหมาะสมทางสถิติที่แย่ลง แบบจำลองเคปเลอร์อันบริสุทธิ์รอบๆ จุดมวล อธิบายข้อมูลที่ต้องการมากกว่า 5 ซิกมา
ความพอดีกับกรอบงาน MOKA3D ซึ่งพิจารณาความเอียงและการละเลงของ PSF จะส่งคืนบันทึกมวล (M_BH/M_⊙) = 7.7 ± 0.3 หลังจากแก้ไขความเอียงประมาณ 52 องศา ค่านี้เข้ากันได้กับขีดจำกัดล่างที่ได้รับโดยวิธีที่ง่ายกว่า
หลุมดำปรากฏว่า “เปลือยเปล่า” อัตราส่วน M_BH/M_* เกิน 2 โดยมีขีดจำกัดบนแบบอนุรักษ์นิยมสำหรับมวลดาวฤกษ์ของกาแลคซีต้นทางที่ต่ำกว่า 20 ล้านมวลดวงอาทิตย์ สภาพแวดล้อมทางเคมีเกือบจะบริสุทธิ์ ซึ่งบ่งบอกถึงระยะเริ่มแรกของการสะสม
ผลลัพธ์จะตรวจสอบการประมาณค่าไวรัสที่ redshift สูง
การประมาณการก่อนหน้านี้ตามความสัมพันธ์ของไวรัสระบุว่ามีมวลประมาณ 4 × 10^7 มวลดวงอาทิตย์ การวัดแบบไดนามิกช่วยยืนยันว่าการปรับเทียบเฉพาะที่เหล่านี้มีผลแม้ในจักรวาลยุคแรกเริ่ม สถานการณ์ทางเลือก เช่น การกระเจิงโดยอิเล็กตรอนที่อยู่เหนือเส้นกว้าง ประเมินมวลต่ำไปเกือบ 2 เดกซ์
ความส่องสว่างของหลุมดำเอดดิงตันคือ 7.6 × 10^45 เอิร์ก/วินาที อัตราการเพิ่มในปัจจุบันต่ำกว่าเกณฑ์มาก โดยที่ L/L_Edd ความเข้มข้น 0.02 หรือน้อยกว่า สิ่งนี้บ่งชี้ว่าอยู่ในสภาพใกล้สงบ แม้ว่าวัตถุอาจเคยประสบเหตุการณ์ซูเปอร์เอดดิงตันมาก่อนก็ตาม
ผลกระทบต่อการก่อตัวของหลุมดำยุคแรกเริ่ม
Abell 2744-QSO1 เป็นตัวอย่างสุดโต่งของหลุมดำที่เกิดขึ้นก่อนการเติบโตอย่างมีนัยสำคัญของกาแลคซีต้นสังกัด ความเป็นอันดับหนึ่งของหลุมดำท้าทายแบบจำลองคลาสสิกซึ่งกาแลคซีก่อตัวเป็นลำดับแรกและหลุมดำเติบโตภายในพวกมัน
นักวิจัยเน้นว่าวัตถุจับเมล็ดหลุมดำขนาดใหญ่ในระยะเริ่มแรกของการสะสมมวลสาร การผสมผสานระหว่างเลนส์โน้มถ่วง สเปกโตรสโคปีแบบอินทิกรัล และความละเอียดของ JWST ได้ปูทางไปสู่การวิเคราะห์จลนศาสตร์โดยตรงประเภทนี้
จุดสีแดงเล็กๆ อื่นๆ ซึ่งเป็นตัวแทนของประชากร AGN ที่มีเส้นกว้างที่มีการเปลี่ยนแปลงสีแดงสูง อาจมีคุณสมบัติคล้ายกัน การศึกษาในอนาคตจะทดสอบว่ารูปแบบนี้เป็นเรื่องปกติในช่วง 700 ล้านปีแรกของจักรวาลหรือไม่
รายละเอียดทางเทคนิคของการวิเคราะห์จลนศาสตร์
แผนที่โมเมนตัมของการปล่อย Hα ที่แคบแสดงการไล่ระดับความเร็วที่ชัดเจน ช่องแบ่งเชิงพื้นที่ที่ 100 และ 150 พาร์เซกจากศูนย์กลางทำให้เกิดจุดโค้งการหมุน สเปกโตรเอสโตรเมทรีปรับปรุงการวัดภายใน โดยที่ลำแสงสเมียร์ส่งผลต่อข้อมูล
การทดสอบที่มีการกระจายมวลต่างกัน รวมถึงพลัมเมอร์สเฟียร์และสสารมืดของนิวเคลียร์ พังทลายลงมาเป็นสารละลายคล้ายจุดมวลหรือแสดงการตกค้างอย่างเป็นระบบที่เพิ่มขึ้น หลักฐานทางจลน์ศาสตร์สนับสนุนหลุมดำใจกลางอย่างมาก
การกระจายความเร็วของเส้นแคบอยู่ในระดับต่ำ ต่ำกว่า 22 กม./วินาที สิ่งนี้ตอกย้ำการตีความระบบที่ถูกครอบงำโดยไดนามิกโน้มถ่วงรอบหลุมดำ
