Le télescope spatial Webb recherche des trous noirs primordiaux

Représentation artistique du télescope spatial James Webb. Crédit : NASA GSFC/CIL/Adriana Manrique Gutierrez

Équipe du télescope spatial Webb continue de travailler sur moi mise en service C’est la dernière étape avant le début des opérations scientifiques à l’été. Nous avons récemment vu la photo étonnante de Le trou noir au centre de notre galaxie, la Voie lactéepris par télescope horizon des événements. L’un des mystères de l’astronomie moderne est la taille de chacun galaxie Il est venu pour avoir une centralité géante Trou noiret comment certains de ces trous noirs sont étonnamment grands même dans les tout premiers temps de l’univers. Nous avons demandé à Roberto Maiolino, membre de l’équipe Webb’s Near Infrared Spectrometer (NIRSpec), de nous dire comment Webb aidera à répondre à certaines de ces questions.

« L’un des domaines de découverte les plus passionnants que Webb est sur le point d’ouvrir est la recherche de trous noirs primordiaux dans l’univers primitif. Ce sont les graines des trous noirs les plus massifs que les astronomes ont trouvés dans les noyaux galactiques. La plupart (peut-être tous) Les galaxies hébergent des trous noirs en leur centre, et leurs masses varient entre des millions et des milliards de fois la masse de notre Soleil, ces trous noirs supermassifs sont devenus très gros en dévorant la matière qui les entoure et aussi en fusionnant des trous noirs plus petits.

« La dernière découverte intéressante est la découverte de trous noirs supermassifs, avec des masses de plusieurs milliards de masses solaires, qui existaient réellement lorsque l’univers n’avait que 700 millions d’années environ, une fraction de son âge actuel de 13,8 milliards d’années. résultat, car à des âges aussi précoces, il n’y avait pas assez de temps pour le développement de trous noirs aussi massifs, selon les théories standard. Certains scénarios ont été proposés pour résoudre ce mystère.

Une possibilité est que les trous noirs, causés par la mort de la première génération d’étoiles dans l’univers primitif, aient accumulé de la matière à des taux exceptionnellement élevés. Un autre scénario est que les nuages ​​de gaz primordiaux, qui ne sont pas encore enrichis en éléments chimiques plus lourds que l’hélium, pourraient s’effondrer directement pour former[{ » attribute= » »>black hole with a mass of a few hundred thousand solar masses, and subsequently accrete matter to evolve into the hyper-massive black holes observed at later epochs. Finally, dense, nuclear star clusters at the centers of baby galaxies may have produced intermediate mass black hole seeds, via stellar collisions or merging of stellar-mass black holes, and then become much more massive via accretion.

Populations of Known Black Holes in Early Universe

This illustration shows the populations of known black holes (large black dots) and the candidate black hole progenitors in the early universe (shaded regions). Credit: Roberto Maiolino, University of Cambridge

“Webb is about to open a completely new discovery space in this area. It is possible that the first black hole seeds originally formed in the ‘baby universe,’ within just a few million years after the big bang. Webb is the perfect ‘time machine’ to learn about these primeval objects. Its exceptional sensitivity makes Webb capable of detecting extremely distant galaxies, and because of the time required for the light emitted by the galaxies to travel to us, we will see them as they were in the remote past.

“Webb’s NIRSpec instrument is particularly well suited to identify primeval black hole seeds. My colleagues in the NIRSpec Instrument Science Team and I will be searching for their signatures during ‘active’ phases, when they are voraciously gobbling matter and growing rapidly. In these phases the material surrounding them becomes extremely hot and luminous and ionizes the atoms in their surroundings and in their host galaxies.

“NIRSpec will disperse the light from these systems into spectra, or ‘rainbows.’ The rainbow of active black hole seeds will be characterised by specific ‘fingerprints,’ features of highly ionized atoms. NIRSpec will also measure the velocity of the gas orbiting in the vicinity of these primeval black holes. Smaller black holes will be characterized by lower orbital velocities. Black hole seeds formed in pristine clouds will be identified by the absence of features associated with any element heavier than helium.

“I look forward to using Webb’s unprecedented capabilities to search for these black hole progenitors, with the ultimate goal of understanding their nature and origin. The early universe and the realm of black holes seeds is a completely uncharted territory that my colleagues and I are very excited to explore with Webb.”

Roberto Maiolino, professor of experimental astrophysics and director of the Kavli Institute for Cosmology, University of Cambridge

Written by:

  • Jonathan Gardner, Webb deputy senior project scientist, NASA’s Goddard Space Flight Center
  • Stefanie Milam, Webb deputy project scientist for planetary science, NASA’s Goddard Space Flight Center

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