När vi tittar djupt in i rymden och tiden har två team som använder NASA/ESA/CSA James Webb rymdteleskop studerat den exceptionellt lysande galaxen GN-z11, som fanns när vårt 13,8 miljarder år gamla universum bara var cirka 430 miljoner år gammalt.
James Webb rymdteleskop håller på sitt löfte att förändra vår förståelse av det tidiga universum och undersöker galaxer nära tidernas gryning. En av dessa är den exceptionellt lysande galaxen GN-z11, som existerade när universum bara var en liten bråkdel av sin nuvarande ålder. Ursprungligen upptäckt med NASA/ESA rymdteleskop Hubble, det är en av de yngsta och mest avlägsna galaxer som någonsin observerats, och den är också en av de mest gåtfulla. Varför är det så ljust? Webb verkar ha hittat svaret.
Ett team som studerade GN-z11 med Webb hittade det första tydliga beviset på att galaxen är värd för ett centralt, supermassivt svart hål som snabbt ansamlas materia. Deras upptäckt gör detta till det mest avlägsna aktiva supermassiva svarta hålet hittills.
"Vi hittade extremt tät gas som är vanlig i närheten av supermassiva svarta hål som samlar gas", förklarade huvudforskaren Roberto Maiolino från Cavendish Laboratory och Kavli Institute of Cosmology vid University of Cambridge i Storbritannien. "Detta var de första tydliga signaturerna på att GN-z11 är värd för ett svart hål som slukar materia."
Med hjälp av Webb fann teamet också indikationer på joniserade kemiska grundämnen som vanligtvis observeras nära anhopande supermassiva svarta hål. Dessutom upptäckte de att galaxen driver ut en mycket kraftfull vind. Sådana höghastighetsvindar drivs vanligtvis av processer som är förknippade med kraftigt ansamlande supermassiva svarta hål.
"Webbs NIRCam (Near-Infrared Camera) har avslöjat en utökad komponent som spårar värdgalaxen och en central, kompakt källa vars färger överensstämmer med färgerna på en ansamlingsskiva som omger ett svart hål", säger utredaren Hannah Übler, också från Cavendish Laboratory och Kavli Institute.
Tillsammans visar dessa bevis att GN-z11 är värd för ett supermassivt svart hål på två miljoner solmassa i en mycket aktiv fas av att konsumera materia, vilket är anledningen till att den är så lysande.
Ett andra team, också ledd av Maiolino, använde Webbs NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) för att hitta en gasformig heliumklump i halon som omger GN-z11.
"Det faktum att vi inte ser något annat än helium tyder på att denna klump måste vara ganska orörd", sa Roberto. "Detta är något som förväntades av teorier och simuleringar i närheten av särskilt massiva galaxer från dessa epoker - att det borde finnas fickor av orörd gas som överlever i glorian, och dessa kan kollapsa och bilda Population III-stjärnhopar."
Att hitta de hittills osynliga Population III-stjärnorna – den första generationen stjärnor som nästan helt bildades av väte och helium – är ett av de viktigaste målen för modern astrofysik. Dessa stjärnor förväntas vara mycket massiva, mycket lysande och mycket varma. Deras signatur skulle vara närvaron av joniserat helium och frånvaron av kemiska element som är tyngre än helium.
Bildandet av de första stjärnorna och galaxerna markerar en grundläggande förändring i den kosmiska historien, under vilken universum utvecklades från ett mörkt och relativt enkelt tillstånd till den mycket strukturerade och komplexa miljö vi ser idag.
I framtida Webb-observationer kommer Roberto, Hannah och deras team att utforska GN-z11 mer på djupet, och de hoppas kunna stärka argumentet för Population III-stjärnorna som kan bildas i dess halo.
Forskningen om den orörda gasklumpen i GN-z11:s halo har godkänts för publicering i Astronomy &Astrophysics och är för närvarande tillgänglig på arXiv förtrycksserver. Resultaten av studien av GN-z11:s svarta hål publicerades i tidskriften Nature den 17 januari 2024.
Mer information: Roberto Maiolino et al, JWST-JADES. Möjliga Population III-signaturer vid z=10,6 i halo av GN-z11, arXiv (2023). DOI:10.48550/arxiv.2306.00953
Journalinformation: Astronomi och astrofysik , arXiv , Natur
Tillhandahålls av Europeiska rymdorganisationen
