Esta é a ilustração de um artista de um buraco negro supermassivo que está dentro do núcleo envolto em poeira de uma galáxia “explosão de estrelas” vigorosamente formadora de estrelas. Eventualmente, ele se tornará um quasar extremamente brilhante quando a poeira desaparecer. A equipe de pesquisa acredita que o objeto, descoberto em uma pesquisa no céu profundo do Hubble, pode ser o “elo perdido” evolucionário entre quasares e galáxias starburst. O buraco negro empoeirado remonta a apenas 750 milhões de anos após o big bang. Crédito: NASA, ESA, N. Bartmann
Uma equipe internacional de astrônomos descobriu um objeto único no distante Universo primitivo que é um elo crucial entre as galáxias formadoras de estrelas e o surgimento dos primeiros buracos negros supermassivos. Foi encontrado usando dados de arquivo do[{” attribute=””>NASA/ESA Hubble Space Telescope and other space- and ground-based observatories. This object is the first of its kind to be discovered so early in the Universe’s history and had been lurking unnoticed in one of the best-studied areas of the night sky.
Ever since these objects were discovered at distances corresponding to a time only 750 million years after the Big Bang,[1] os astrônomos lutaram para entender o surgimento de buracos negros supermassivos no início do Universo. Buracos negros de rápido crescimento em galáxias empoeiradas e formadoras de estrelas são previstos por teorias e simulações de computador, mas até agora eles não haviam sido observados. Agora, no entanto, os astrônomos relataram a descoberta de um objeto – que eles chamaram de GNz7q – que se acredita ser o primeiro de crescimento tão rápido[{” attribute=””>black hole to be found in the early Universe. Archival Hubble data from the Advanced Camera for Surveys helped the team study the compact ultraviolet emission from the black hole’s accretion disc and to determine that GNz7q existed just 750 million years after the Big Bang.
“Nossa análise sugere que GNz7q é o primeiro exemplo de um buraco negro de rápido crescimento no núcleo empoeirado de uma galáxia starburst em uma época próxima ao primeiro buraco negro supermassivo conhecido no Universo”, explica Seiji Fujimoto, astrônomo da Niels. Bohr Institute da Universidade de Copenhague na Dinamarca e principal autor do artigo que descreve esta descoberta. “As propriedades do objeto em todo o espectro eletromagnético estão em excelente acordo com as previsões de simulações teóricas.”
Uma equipe internacional de astrônomos usando dados de arquivo do Telescópio Espacial Hubble da NASA e outros observatórios espaciais e terrestres descobriram um objeto único no universo distante que é um elo crucial entre jovens galáxias formadoras de estrelas e os primeiros buracos negros supermassivos. Este objeto é o primeiro de seu tipo a ser descoberto quando o universo tinha apenas 750 milhões de anos. Ele estava à espreita despercebido em uma das áreas mais bem estudadas do céu noturno. O objeto, que é referido como GNz7q, é o ponto vermelho no centro da imagem do Hubble Great Observatories Origins Deep Survey-North (GOODS-North). Créditos: NASA, ESA, Garth Illingworth (UC Santa Cruz), Pascal Oesch (UC Santa Cruz, Yale), Rychard Bouwens (LEI), I. Labbe (LEI), Cosmic Dawn Center/Niels Bohr Institute/Universidade de Copenhague, Dinamarca
As teorias atuais preveem que os buracos negros supermassivos começam suas vidas nos núcleos envoltos de poeira de galáxias “starburst” vigorosamente formadoras de estrelas antes de expelir o gás e a poeira circundantes e emergir como extremamente luminosos. quasares. Embora sejam extremamente raros, exemplos de galáxias empoeiradas de explosão estelar e quasares luminosos foram detectados no início do Universo. A equipe acredita que o GNz7q pode ser o “elo perdido” entre essas duas classes de objetos.
“GNz7q fornece uma conexão direta entre essas duas populações raras e fornece um novo caminho para entender o rápido crescimento de buracos negros supermassivos nos primeiros dias do Universo”, continuou Fujimoto. “Nossa descoberta é um precursor dos buracos negros supermassivos que observamos em épocas posteriores.”
Embora outras interpretações dos dados da equipe não possam ser completamente descartadas, as propriedades observadas do GNz7q estão em forte concordância com as previsões teóricas. A galáxia hospedeira do GNz7q está formando estrelas à taxa de 1600 massas solares de estrelas por ano[2] e o próprio GNz7q parece brilhante em comprimentos de onda ultravioleta, mas muito fraco em comprimentos de onda de raios-X. A equipe interpretou isso – junto com o brilho da galáxia hospedeira em comprimentos de onda infravermelhos – para sugerir que GNz7q abriga um buraco negro em rápido crescimento ainda obscurecido pelo núcleo empoeirado de seu disco de acreção no centro da galáxia hospedeira formadora de estrelas.
Além da importância do GNz7q para a compreensão das origens dos buracos negros supermassivos, esta descoberta é notável por sua localização no campo Hubble GOODS North, uma das áreas mais examinadas do céu noturno.[3]
GNz7q é mostrado aqui no centro do recorte do campo Hubble GOODS-North. Crédito: NASA, ESA, G. Illingworth (Universidade da Califórnia, Santa Cruz), P. Oesch (Universidade da Califórnia, Santa Cruz; Universidade de Yale), R. Bouwens e I. Labbé (Universidade de Leiden), e a Equipe Científica, S. Fujimoto et ai. (Centro do Amanhecer Cósmico [DAWN] e Universidade de Copenhague)
“GNz7q é uma descoberta única que foi encontrada bem no centro de um campo de céu famoso e bem estudado – mostrando que grandes descobertas muitas vezes podem estar escondidas bem na sua frente”, comentou Gabriel Brammer, outro astrônomo do Instituto Niels Bohr de a Universidade de Copenhague e um membro da equipe por trás deste resultado. “É improvável que a descoberta do GNz7q dentro da área de pesquisa relativamente pequena do GOODS-N tenha sido apenas ‘sorte’, mas a prevalência de tais fontes pode de fato ser significativamente maior do que se pensava anteriormente.”
Encontrar o GNz7q escondido à vista de todos só foi possível graças aos conjuntos de dados com vários comprimentos de onda exclusivos e detalhados disponíveis para o GOODS-North. Sem essa riqueza de dados, o GNz7q teria sido fácil de ignorar, pois não possui as características distintivas normalmente usadas para identificar quasares no início do Universo. A equipe agora espera procurar sistematicamente por objetos semelhantes usando pesquisas dedicadas de alta resolução e aproveitar as vantagens do Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA. instrumentos espectroscópicos para estudar objetos como GNz7q em detalhes sem precedentes.
“A caracterização completa desses objetos e a investigação de sua evolução e física subjacente com muito mais detalhes se tornará possível com o[{” attribute=””>James Webb Space Telescope,” concluded Fujimoto. “Once in regular operation, Webb will have the power to decisively determine how common these rapidly growing black holes truly are.”
Notes
- While light travels imperceptibly quickly in day-to-day life, the vast distances in astronomy mean that as astronomers look at increasingly distant objects, they are also looking backward in time. For example, light from the Sun takes around 8.3 minutes to reach Earth, meaning that we view the Sun as it was 8.3 minutes ago. The most distant objects are the furthest back in time, meaning that astronomers studying very distant galaxies are able to study the earliest periods of the Universe.
- This does not mean that 1600 Sun-like stars are produced each year in GNz7q’s host galaxy, but rather that a variety of stars are formed each year with a total mass 1600 times that of the Sun.
- GOODS — the Great Observatories Origins Deep Survey — is an astronomical survey that combines multi-wavelength observations from some of the most capable telescopes ever built, including Hubble, ESA’s Herschel and XMM-Newton space telescopes, NASA’s Spitzer Space Telescope and Chandra X-ray Observatory, and powerful ground-based telescopes.
For more on this discovery:
Reference: “A dusty compact object bridging galaxies and quasars at cosmic dawn” by S. Fujimoto, G. B. Brammer, D. Watson, G. E. Magdis, V. Kokorev, T. R. Greve, S. Toft, F. Walter, R. Valiante, M. Ginolfi, R. Schneider, F. Valentino, L. Colina, M. Vestergaard, R. Marques-Chaves, J. P. U. Fynbo, M. Krips, C. L. Steinhardt, I. Cortzen, F. Rizzo and P. A. Oesch, 13 April 2022, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-022-04454-1
The Hubble Space Telescope is a project of international cooperation between ESA and NASA.
These results have been published in Nature.
The international team of astronomers in this study consists of S. Fujimoto (Cosmic Dawn Center [DAWN] e Niels Bohr Institute, University of Copenhagen, Dinamarca), GB Brammer (DAWN e Niels Bohr Institute, University of Copenhagen, Dinamarca), D. Watson (DAWN e Niels Bohr Institute, University of Copenhagen, Dinamarca), GE Magdis (DAWN, DTU-Space na Universidade Técnica da Dinamarca e Niels Bohr Institute na Universidade de Copenhague, Dinamarca), V. Kokorev (DAWN e Niels Bohr Institute, Universidade de Copenhague, Dinamarca), TR Greve (DAWN e DTU-Space, Technical Universidade da Dinamarca, Dinamarca), S. Toft (DAWN e Instituto Niels Bohr, Universidade de Copenhague, Dinamarca), F. Walter (DAWN, Dinamarca, Instituto Max Planck de Astronomia, Alemanha e Observatório Nacional de Radioastronomia, EUA) , R. Valiante (INAF-Osservatorio Astronomico di Roma, Roma, Itália), M. Ginolfi (Observatório Europeu do Sul, Garching, Alemanha), R. Schneider (INAF-Osservatorio Astronomico di Roma, Roma, Itália e Dipartimento di Fisica, Universita ´ di Roma La Sapienza, Roma, Itália), F. Valentino (DAWN an d Instituto Niels Bohr, Universidade de Copenhague, Dinamarca), L. Colina (DAWN, Copenhague, Dinamarca e Centro de Astrobiologia (CAB, CSIC-INTA), Madri, Espanha), M. Vestergaard (Instituto Niels Bohr, Universidade de Copenhague, Dinamarca e Steward Observatory, Universidade do Arizona, EUA), R. Marques-Chaves (Observatório de Genebra, Universidade de Genebra, Suíça), JPU Fynbo (DAWN e Niels Bohr Institute, Universidade de Copenhague, Dinamarca), M. Krips (IRAM , Domaine Universitaire, Saint-Martin-d’Hères, França), CL Steinhardt (DAWN e Niels Bohr Institute, Universidade de Copenhague, Dinamarca), I. Cortzen (IRAM, Domaine Universitaire, Saint-Martin-d’Hères, França) , F. Rizzo (DAWN e Instituto Niels Bohr, Universidade de Copenhague, Dinamarca), e PA Oesch (DAWN, Copenhague, Dinamarca e Observatório de Genebra, Universidade de Genebra, Suíça).
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