Teleskop James Webb menguraikan lubang hitam di alam semesta awal

Pengamatan terbaru yang dilakukan oleh Teleskop Luar Angkasa James Webb terhadap dua quasar dari awal alam semesta mengungkapkan wawasan penting mengenai hubungan awal antara lubang hitam dan galaksi-galaksinya, yang mencerminkan rasio massa yang terlihat di alam semesta yang lebih baru.

Gambar baru yang diambil oleh Teleskop Luar Angkasa James Webb (JWST) telah mengungkapkan, untuk pertama kalinya, cahaya bintang dari dua galaksi besar yang menampung lubang hitam yang aktif tumbuh – quasar – terlihat kurang dari satu miliar tahun setelah Big Bang. Lubang hitam memiliki massa sekitar satu miliar kali massa Matahari, dan massa galaksi induknya sekitar seratus kali lebih besar, rasio serupa dengan yang ditemukan di alam semesta yang lebih muda. Kombinasi yang kuat antara survei bidang luas Teleskop Subaru dan Pesawat Luar Angkasa James Webb telah membuka cara baru untuk mempelajari alam semesta yang jauh, menurut sebuah studi baru-baru ini pada tahun 2016. alam.

Pengamatan terhadap lubang hitam raksasa telah menarik perhatian para astronom dalam beberapa tahun terakhir. Event Horizon Telescope (EHT) telah mulai memotret “bayangan” lubang hitam di pusat galaksi. Hadiah Novel Fisika 2020 diberikan atas pengamatan gerak bintang di jantung galaksi. Bima Sakti. Meskipun keberadaan lubang hitam raksasa tersebut sudah diketahui secara pasti, namun tidak ada yang mengetahui asal muasalnya.

Para astronom telah melaporkan keberadaan lubang hitam bermassa satu miliar massa matahari selama satu miliar tahun pertama alam semesta, lalu bagaimana lubang hitam ini bisa tumbuh begitu besar ketika alam semesta masih sangat muda? Yang lebih membingungkan lagi adalah pengamatan di alam semesta lokal menunjukkan hubungan yang jelas antara massa lubang hitam supermasif dan galaksi yang lebih masif tempat lubang hitam tersebut berada. Galaksi dan lubang hitam memiliki ukuran yang sangat berbeda, lalu mana yang lebih dulu: lubang hitam atau galaksi? Ini adalah masalah “ayam atau telur” pada tingkat kosmik.

Gambar JWST NIRCam 3,6 µm dari HSC J2236+0032. Gambar thumbnail, gambar quasar, dan gambar galaksi induk setelah dikurangi cahaya quasar (dari kiri ke kanan). Skala gambar ditunjukkan dalam tahun cahaya di setiap panel. Kredit: Ding, Ono, Silverman dkk.

Tim peneliti internasional dipimpin oleh Masafusa Ono, Kavli Fellow for Astrophysics di Kavli Institute for Astronomy and Astrophysics (KIAA) di Peking University, dan Shuheng Ding, Research Fellow di Kavli Institute for Cosmic Physics and Mathematics (Kavli IPMU ). ), dan John Silverman, seorang profesor Kavli di IPMU, berupaya menjawab pertanyaan ini dengan menggunakan Teleskop Luar Angkasa James Webb (JWST), teleskop luar angkasa sepanjang 6,5 meter yang dikembangkan melalui kolaborasi internasional antara… NASAitu Badan Antariksa Eropa (ESA), dan Badan Antariksa Kanada (CSA), dan diluncurkan pada Desember 2021.

Quasar bercahaya, sedangkan galaksi induknya redup, sehingga menyulitkan para peneliti untuk mendeteksi cahaya galaksi redup dalam cahaya quasar, terutama pada jarak jauh. “Menemukan galaksi induk quasar pada pergeseran merah 6 seperti mencoba melihat kunang-kunang dalam pertunjukan kembang api yang spektakuler sambil mengenakan kacamata berkabut. Galaksi induk sangat redup, dan resolusi gambar sangat terbatas, bahkan dengan Teleskop Luar Angkasa Hubble“Hal ini membuat mengungkap keindahan tersembunyinya menjadi sebuah tantangan nyata,” kata Xuheng Ding.

Konsep seniman Teleskop Luar Angkasa James Webb NASA. Sumber gambar: NASA, ESA, dan Northrop Grumman

Tim mengamati dua quasar dengan Teleskop Luar Angkasa James Webb, HSC J2236+0032 dan HSC J2255+0251, pada pergeseran merah 6,40 dan 6,34 ketika alam semesta berusia sekitar 860 juta tahun. Kedua quasar ini awalnya ditemukan melalui survei skala besar menggunakan teleskop Subaru setinggi 8,2 meter, yang hingga saat ini tim peneliti telah mengidentifikasi lebih dari 160 quasar. Luminositas yang relatif rendah dari quasar-quasar ini menjadikannya target utama untuk mengukur sifat-sifat galaksi induknya, dan keberhasilan penemuan host tersebut mewakili zaman pertama di mana cahaya bintang telah terdeteksi di sebuah quasar.

Gambar quasar pada panjang gelombang inframerah 3,56 dan 1,50 mikron ditangkap menggunakan instrumen NIRCam JWST, dan galaksi induk menjadi jelas setelah pemodelan dan pengurangan cahaya yang cermat dari lubang hitam yang bertambah. Tanda bintang galaksi induk juga terlihat pada spektrum yang ditangkap oleh NIRSpec J2236+0032 milik JWST, yang mendukung penemuan galaksi induk. “Saya sangat terlibat dalam survei quasar pergeseran merah tinggi yang dilakukan Subaru sejak tahun doktoral saya di National Astronomical Observatory of Japan. Saya sangat bangga atas keberhasilan pendeteksian cahaya bintang dari quasar HSC yang kami temukan bersama Subaru,” kata Masafusa Onoe.

Peneliti proyek Kavli IPMU Xuheng Ding, Profesor John Silverman, dan Kavli Institute for Astronomy and Astrophysics (PKU-KIAA) Kavli Astrophysics Fellow Masafusa Onoue (dari kiri). Kredit: Kavli IPMU, Kavli IPMU, Masafusa Onoue

Melalui pengamatan, tim menemukan bahwa… Lubang hitam Massa galaksi induknya serupa dengan massa yang terlihat di alam semesta yang lebih muda. Hasilnya menunjukkan bahwa hubungan antara lubang hitam dan inangnya sudah ada selama miliaran tahun pertama setelah ledakan ledakan besar itu. Tim akan melanjutkan penelitian ini dengan sampel quasar jauh yang lebih besar, dengan tujuan membatasi sejarah pertumbuhan ko-evolusi lubang hitam dan galaksi induknya dari waktu ke waktu kosmik. Pengamatan ini akan membatasi model ko-evolusi lubang hitam dan galaksi induknya.

Baca lebih lanjut tentang penemuan ini di Peneliti Temukan Galaksi Inang Quasar di Alam Semesta Awal.

Referensi: “Mendeteksi cahaya bintang dari galaksi induk quasar pada pergeseran merah lebih tinggi dari 6” oleh Shuheng Ding, Masafusa Onui, John D. Silverman, Yoshiki Matsuoka, Takuma Izumi, Michael A. Strauss, Knud Janke, Camryn L. Phillips, Junyao Li, Marta Voluntieri, Zoltan Heymann, Erham Tawfik Andika, Kentaro Aoki, Shunsuke Baba, Rebecca Perry, Sarah E. Bosman, Connor Bottrell, Anna-Kristina Ehlers, Seiji Fujimoto, Melanie Haposet, Masatoshi Imanishi, Kohei Inayoshi, Kazushi Iwasawa, Nobunari Kishikawa, Toshihiro. Kawaguchi, Kotaro Kohno, Shin-Hsiu Lee, Alessandro Lupi, Jianwei Liu, Toru Nagao, Roderick Overzer, Jan Törg Schindler, Malte Schramm, Kazuhiro Shimasako, Yoshiki Toba, Benny Trachtenbrot, Maxim Trebich, Tommaso Trieu, Hideki Umehata, Bram B. Vennemans, Marianne Vestergaard, Fabian Walter, Feig Wang, dan Jenny Yang, 28 Juni 2023, alam.
doi: 10.1038/s41586-023-06345-5