Ο Pesquisadores από την περιοχή της αστρονομίας κατάφερε να πραγματοποιήσει την πρώτη άμεση μέτρηση της μάζας μιας μαύρης τρύπας που βρίσκεται σε έναν μικρό γαλαξία με κόκκινες κουκκίδες. Το διαστημικό αντικείμενο, επίσημα καταγεγραμμένο ως Abell 2744-QSO1, βρίσκεται σε μετατόπιση προς το κόκκινο 7,04, μια μέτρηση που δείχνει μια ακραία απόσταση και αναφέρεται στις απαρχές του σχηματισμού του σύμπαντος. Η άνευ προηγουμένου παρατήρηση χρησιμοποίησε τα προηγμένα όργανα του James Webb Space Telescope σε συνδυασμό με το φυσικό φαινόμενο που είναι γνωστό ως ισχυρός βαρυτικός φακός.
Τα δεδομένα αποκαλύπτουν ότι η μαύρη τρύπα έχει περίπου 50 εκατομμύρια ηλιακές μάζες, αριθμός που θεωρείται κολοσσιαίος για αυτό το αρχικό στάδιο της κοσμικής ιστορίας. Η δυναμική του αερίου που περιστρέφεται γύρω από το αντικείμενο ακολουθεί ένα μοτίβο περιστροφής του Κεπλέρη, μια φυσική συμπεριφορά που είναι πλήρως συνεπής με την παρουσία ενός κεντρικού σημείου μάζας πολύ υψηλής πυκνότητας. Το πρακτικό αποτέλεσμα αυτής της ανάλυσης ενισχύει τις ιογενείς εκτιμήσεις που έγιναν στο παρελθόν χρησιμοποιώντας άλλες μεθόδους και δείχνει ξεκάθαρα ότι η μαύρη τρύπα κυριαρχεί απόλυτα στη μάζα ολόκληρου του γαλαξιακού συστήματος γύρω της.
Βαρυτικό Lente και η ισχύς παρατήρησης του διαστημικού τηλεσκοπίου
Ο στόχος της μελέτης, Abell 2744-QSO1, αναγνωρίστηκε από τους επιστήμονες ως ένα κλασικό παράδειγμα της κατηγορίας της μικρής κόκκινης κουκκίδας. Οι αστρονομικές δομές Essas παρουσιάζουν ένα χαρακτηριστικό κόκκινο συνεχές όταν παρατηρούνται στο οπτικό φάσμα, συνοδευόμενο από μια μπλε κλίση στην υπεριώδη περιοχή. Η φασματοσκοπία που πραγματοποιήθηκε με το όργανο NIRSpec στο τηλεσκόπιο επιβεβαίωσε τη μετατόπιση προς το κόκκινο z=7,04, επιπλέον της ανίχνευσης ευρειών γραμμών εκπομπής σε Ηα και Ηβ.
Η απόκτηση αυτών των λεπτών λεπτομερειών απαιτούσε βαθιές εκθέσεις των αισθητήρων του εξοπλισμού, συνολικού αριθμού ωρών συνεχούς ενσωμάτωσης φωτός. Η επιτυχία του εγχειρήματος εξαρτιόταν άμεσα από την επίδραση του βαρυτικού φακού, μια παραμόρφωση του χωροχρόνου που προκλήθηκε από ένα τεράστιο σμήνος γαλαξιών τοποθετημένο μεταξύ του Terra και του αντικειμένου μελέτης. Ο φυσικός φακός Essa μεγέθυνε το φως από το Abell 2744-QSO1 και επέτρεψε στους αστρονόμους να επιλύσουν εσωτερικές δομές που διαφορετικά θα παρέμεναν εντελώς απρόσιτες λόγω της ακραίας απόστασης.
Η στενή εκπομπή από τη γραμμή Ηα εκτείνεται σε μια ακτίνα έως και 200 parsecs από το κέντρο του γαλαξία. Το πεδίο ταχύτητας που χαρτογραφήθηκε από τους ερευνητές δείχνει μια κλίση περίπου 10 km/s, μια σαφή ένδειξη της τροχιακής κίνησης του αερίου υλικού. Η προηγμένη φασματοαστρομετρία Técnicas εφαρμόστηκε για τη μέτρηση των μετατοπίσεων των κεντροειδών σε διαφορετικά κανάλια ταχύτητας, διασφαλίζοντας άνευ προηγουμένου ακρίβεια στην ανάγνωση των ακατέργαστων δεδομένων που συλλαμβάνονται στο βαθύ διάστημα.
Η συνδυασμένη ανάλυση περιστροφής μεγάλης κλίμακας και πληροφοριών υψηλής χωρικής ανάλυσης απέκλεισε την πιθανότητα η κεντρική μάζα να αποτελείται από ένα πυρηνικό αστρικό σμήνος. Η διασπορά ταχύτητας των στενών γραμμών κατέγραψε χαμηλές τιμές, παραμένοντας κάτω από το σημάδι των 22 km/s. Η φυσική συμπεριφορά του Esse ενισχύει την ερμηνεία ότι το σύστημα διέπεται από απλή και άμεση βαρυτική δυναμική γύρω από ένα μόνο υπερμεγέθη σώμα.
Το Spinning Dinâmica δείχνει την κυρίαρχη μαύρη τρύπα
Η καμπύλη περιστροφής που παρατηρείται στο αέριο δεν ταιριάζει με τα θεωρητικά μοντέλα που περιγράφουν ένα πυρηνικό αστρικό σμήνος, μια δομή παρόμοια με αυτή στο κέντρο του Via Láctea μας. Οι μαθηματικοί Modelos με βάση μια εκτεταμένη κατανομή μάζας έδειξαν πολύ χειρότερη στατιστική προσαρμογή κατά τη διάρκεια των δοκιμών. Το αμιγώς Keplerian μοντέλο, το οποίο υποθέτει την τροχιά γύρω από ένα μοναδικό σημείο μάζας, εξηγεί τα δεδομένα που συλλέγονται με μια στατιστική προτίμηση πάνω από 5 σίγμα.
Η επεξεργασία πληροφοριών πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας το πλαίσιο MOKA3D, ένα σύστημα μοντελοποίησης που λαμβάνει υπόψη την κλίση του αντικειμένου και το φαινόμενο κηλίδωσης PSF, το οποίο είναι η σκέδαση του φωτός στα οπτικά όργανα. Η προσαρμογή επέστρεψε μια λογαριθμική μάζα 7,7 ± 0,3 μετά την εφαρμογή μιας διόρθωσης για την υπολογισμένη κλίση περίπου 52 μοιρών. Η τελική τιμή Esse δείχνει πλήρη συμβατότητα με το κατώτερο όριο που είχε ήδη ληφθεί χρησιμοποιώντας απλούστερες μεθόδους υπολογισμού.
Ένα από τα πιο ενδιαφέροντα χαρακτηριστικά του Abell 2744-QSO1 είναι ότι η μαύρη τρύπα εμφανίζεται σχεδόν γυμνή σε σχέση με τον γαλαξία που φιλοξενεί. Ο λόγος της μάζας της μαύρης τρύπας προς την αστρική μάζα υπερβαίνει τον παράγοντα 2, με ένα πολύ συντηρητικό ανώτατο όριο για τη μάζα των αστεριών στον γαλαξία κάτω από 20 εκατομμύρια ηλιακές μάζες. Το χημικό περιβάλλον που ανιχνεύεται γύρω του είναι σχεδόν παρθένο, που αποτελείται από αρχέγονα στοιχεία, γεγονός που υποδηλώνει ότι το σύστημα βρίσκεται σε μια αρχική φάση συσσώρευσης ύλης.
Impacto σχετικά με τις θεωρίες σχηματισμού στο πρώιμο σύμπαν
Το Abell 2744-QSO1 αντιπροσωπεύει ένα ακραίο παράδειγμα μαύρης τρύπας που προηγείται της σημαντικής ανάπτυξης του δικού του γαλαξία. Η υπεροχή του υπερμεγέθους αντικειμένου αμφισβητεί τα κλασικά μοντέλα της κοσμικής εξέλιξης, στα οποία οι γαλαξίες σχηματίζονται πρώτα και οι μαύρες τρύπες σταδιακά αναπτύσσονται στους πυρήνες τους για δισεκατομμύρια χρόνια.
- Η δυναμική μέτρηση επιβεβαιώνει ότι ισχύουν τοπικές βαθμονομήσεις στο πρωτεύον Universo.
- Το εναλλακτικό Cenários υποεκτιμά την πραγματική μάζα του αντικειμένου σχεδόν κατά δύο dex.
- Η φωτεινότητα Eddington του συστήματος φτάνει τα 7,6 × 10^45 erg/s.
- Ο τρέχων ρυθμός προσαύξησης παραμένει πολύ κάτω από το μέγιστο θεωρητικό όριο.
Ο ρυθμός τροφοδοσίας της μαύρης τρύπας υποδηλώνει μια σχεδόν αδρανή κατάσταση τη στιγμή της παρατήρησης, με αναλογία φωτεινότητας περίπου 0,02. Το διαστημικό αντικείμενο, ωστόσο, μπορεί να έχει υποστεί έντονα επεισόδια προσαύξησης σούπερ Έντινγκτον στο παρελθόν για να μπορέσει να φτάσει σε μια τόσο υψηλή μάζα σε μια τόσο σύντομη περίοδο της ιστορίας του σύμπαντος.
Detalhes τεχνικά και επόμενα βήματα στη διαστημική έρευνα
Οι χάρτες ορμής που δημιουργήθηκαν από τη στενή εκπομπή Ηα έδειξαν μια σαφή και καλά καθορισμένη κλίση ταχύτητας. Η χωρική δέσμευση που πραγματοποιήθηκε στα 100 και 150 parsecs μακριά από το κέντρο παρείχε τα ακριβή σημεία που απαιτούνται για την κατασκευή της καμπύλης περιστροφής. Η φασματοαστρομετρία βελτίωσε τις μετρήσεις στις πιο εσωτερικές περιοχές του συστήματος, όπου η σκέδαση της δέσμης φωτός επηρέασε την ευκρίνεια των αρχικών δεδομένων.
Οι ερευνητές πραγματοποίησαν αυστηρές δοκιμές με διαφορετικές κατανομές μάζας, συμπεριλαμβανομένης της σφαίρας Plummer και της πυρηνικής σκοτεινής ύλης. Todas αυτές οι εναλλακτικές λύσεις κατέρρευσαν σε μαθηματικές λύσεις παρόμοιες με ένα σημείο μάζας ή παρουσίασαν υψηλά συστηματικά υπολείμματα ασύμβατα με την παρατηρούμενη πραγματικότητα. Τα κινηματικά στοιχεία ευνοούν έντονα την απομονωμένη ύπαρξη της κεντρικής μαύρης τρύπας.
Τα αντικείμενα Outros από την κατηγορία της μικρής κόκκινης κουκκίδας αντιπροσωπεύουν ένα σημαντικό κλάσμα του πληθυσμού των ενεργών γαλαξιακών πυρήνων με ευρείες γραμμές σε υψηλή μετατόπιση προς το κόκκινο. Η επιστημονική κοινότητα σχεδιάζει να χρησιμοποιήσει το James Webb Space Telescope σε μελλοντικές μελέτες για να ελέγξει εάν αυτή η υπερμεγέθης μαύρη τρύπα που κυριαρχεί σε έναν αρχικό γαλαξία είναι ένας κοινός κανόνας στα πρώτα 700 εκατομμύρια χρόνια του Universo ή μια μεμονωμένη εξαίρεση.
