Астрономы, использующие очень большой телескоп ESO, наблюдали резервуары холодного газа вокруг некоторых из самых ранних галактик во Вселенной. Эти газовые ореолы являются идеальной пищей для сверхмассивных черных дыр в центре этих галактик, которые сейчас выглядят такими, какими они были более 12,5 миллиардов лет назад. Это хранилище пищи может объяснить, как эти космические монстры росли так быстро в течение периода в истории Вселенной, известного как Космический Рассвет.
«Теперь мы можем впервые продемонстрировать, что у исконных галактик в окружающей среде достаточно пищи для поддержания роста сверхмассивных черных дыр и энергичного звездообразования», — говорит Эмануэле Паоло Фарина из Института астрономии имени Макса Планка в Гейдельберге, Германия, который возглавлял исследование, опубликованное сегодня в Astrophysical Journal. «Это добавляет фундаментальную часть головоломки, которую строят астрономы, чтобы представить, как космические структуры сформировались более 12 миллиардов лет назад».
Астрономам стало интересно, как сверхмассивные черные дыры смогли вырасти такими большими в столь ранней истории Вселенной. «Присутствие этих ранних монстров, масса которых в несколько миллиардов раз превышает массу нашего Солнца, является большой загадкой», — говорит Фарина, которая также связана с Институтом астрофизики Макса Планка в Гархинге-Мюнхене. Это означает, что первые черные дыры, которые могли образоваться в результате коллапса первых звезд, должны были расти очень быстро. Но до сих пор астрономы не заметили «еду черной дыры» — газ и пыль — в достаточно больших количествах, чтобы объяснить этот быстрый рост.
Чтобы еще больше усложнить ситуацию, предыдущие наблюдения с ALMA, Большой миллиметровый / субмиллиметровый массив Atacama, выявили много пыли и газа в этих ранних галактиках, которые способствовали быстрому образованию звезд. Благодаря этим наблюдения ALMA смогли предположить, что достаточно немногого количества газа и пыли, чтобы накормить черную дыру.
Чтобы разгадать эту загадку, Фарина и его коллеги использовали инструмент MUSE на очень большом телескопе ESO в чилийской пустыне Атакама для изучения квазаров — чрезвычайно ярких объектов, приводимых в действие сверхмассивными черными дырами, которые лежат в центре массивных галактик. В ходе исследования был осмотрен 31 квазар, каждый из них был образован более 12,5 миллиардов лет назад, в то время, когда Вселенная еще была младенцем, ей было всего 870 миллионов лет.
Астрономы обнаружили, что 12 квазаров были окружены огромными газовыми резервуарами: гало холодного плотного газообразного водорода, простирающегося на 100 000 световых лет от центральных черных дыр и с массой, превышающей, миллиарды масс Солнца. Команда из Германии, США, Италии и Чили также установила, что эти газовые гало тесно связаны с галактиками, обеспечивая идеальный источник пищи для поддержания роста сверхмассивных черных дыр и энергичного звездообразования.
Исследование стало возможным благодаря превосходной чувствительности MUSE, Multi Unit Spectroscopic Explorer, и VLT ESO, который, по словам Фарины, «изменил правила игры» при изучении квазаров. «За несколько часов мы смогли вникать в окружение самых массивных и прожорливых черных дыр, присутствующих в молодой Вселенной», — добавляет он. Но MUSE смог обнаружить слабое свечение газообразного водорода в ореолах, что позволило астрономам, наконец, обнаружить пищевые тайники, которые питают сверхмассивные черные дыры в ранней Вселенной.
В будущем очень большой телескоп ESO поможет ученым раскрыть еще больше деталей о галактиках и сверхмассивных черных дырах в первые пары миллиардов лет после Большого взрыва. «Благодаря силе ELT мы сможем еще глубже погрузиться в раннюю Вселенную и найти еще много таких газовых туманностей», — заключает Фарина.
Это исследование представлено в статье, опубликованной в Astrophysical Journal.
Иллюстрация к статье:
Обсуждение