Zahvaljujući znatno poboljšanim mogućnostima današnjih teleskopa, astronomi istražuju dublje u kozmos i dalje u prošlost. Čineći to, uspjeli su riješiti neke dugotrajne misterije o tome kako se svemir razvijao od Veliki prasak . Jedna od tih misterija je kako supermasivne crne rupe (SMBH), koje igraju ključnu ulogu u evoluciji galaksija, nastalih tijekom ranog svemira.
Korištenje ESO-a Vrlo veliki teleskop (VLT) u Čileu, međunarodni tim astronoma promatrao je galaksije kako se pojavljuju oko 1,5 milijardi godina nakon Velikog praska (prije oko 12,5 milijardi godina). Iznenađujuće, oni uočene velike akumulacije hladnog vodikovog plina koji je mogao pružiti dovoljan “izvor hrane” za SMBH. Ovi rezultati mogli bi objasniti kako su SMBH tako brzo rasli tijekom razdoblja poznatog kao Kozmička zora.
Tim je vodio dr. Emanuele Paolo Farina iz Institut za astronomiju Max Planck (MPIA) i Institut za astrofiziku Max Planck (MPA). Pridružili su mu se istraživači iz MPIA i MPA, Europskog južnog opservatorija (ESO), UC Santa Barbara, Astrofizički opservatorij Arcetri , the Opservatorij za astrofiziku i svemirske znanosti u Bologni , i Institut Max Planck za izvanzemaljske fizike (MPEP).
Desetljećima astronomi proučavaju SMBH, koji postoje u jezgri većine galaksija i identificirani su po svojim Aktivne galatičke jezgre (AGN). Ove jezgre, koje su također poznate kao kvazari, mogu emitirati više energije i svjetlosti od ostalih zvijezda u galaksiji zajedno. Do danas je najudaljeniji promatran ULAS J1342+0928 , koji se nalazi 13,1 milijardu svjetlosnih godina od nas.
S obzirom da se procjenjuje da su prve zvijezde nastale samo 100.000 godina nakon Velikog praska (prije otprilike 13,8 milijardi godina), to znači da su se SMBH-e morale brzo formirati od prvih zvijezda da bi umrle. Do sada, međutim, astronomi nisu pronašli prašinu i plin u dovoljno velikim količinama tijekom ranog svemira da objasne ovaj brzi rast.
Osim toga, prethodna opažanja provedena s Atacama veliki milimetarski/submilimetarski niz (ALMA) otkrila je da su rane galaksije sadržavale mnogo prašine i plina, što je potaknulo brzo stvaranje zvijezda. Ova otkrića su pokazala da ne bi preostalo mnogo materijala za hranjenje crnih rupa, što je samo produbilo misterij kako su i one tako brzo rasle.
Kako bi to riješili, Farina i njegovi kolege oslanjali su se na podatke koje je prikupio VLT Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) instrument za istraživanje 31 kvazara na udaljenosti od oko 12,5 milijardi svjetlosnih godina (na taj način promatrajući kako su izgledali prije 12,5 milijardi godina). To njihovo istraživanje čini jednim od najvećih uzoraka kvazara iz ovog ranog razdoblja Svemira. Ono što su pronašli je 12 proširenih i iznenađujuće gustih vodikovih oblaka.
Ovi vodikovi oblaci identificirani su po njihovom karakterističnom sjaju u UV svjetlu. S obzirom na udaljenost i učinak crvenog pomaka (gdje se valna duljina svjetlosti rasteže zbog kozmičkog širenja), zemaljski teleskopi percipiraju sjaj kao crveno svjetlo. Kako je Farina objasnila u MPIA priopćenje za javnost :
'Najvjerojatnije objašnjenje za sjajni plin je mehanizam fluorescencije.Vodik pretvara zračenje kvazara bogato energijom u svjetlost određene valne duljine, što je vidljivo po svjetlucanju.'
Oblaci hladnog, gustog vodika – koji su bili nekoliko milijardi puta veći od mase Sunca – formirali su aureole oko ranih galaksija koje su se protezale 100.000 svjetlosnih godina od središnjih crnih rupa. Obično je otkrivanje takvih oblaka oko kvazara (koji su intenzivno svijetli) prilično teško. Ali zahvaljujući osjetljivosti instrumenta MUSE – koji je Farina opisao kao “promjenjivač igre” – tim ih je pronašao prilično brzo.
Kao Alyssa Drake, istraživačica s MPIA-e koja je također doprinijela studiji, rekao je :
'S trenutnim studijama, tek počinjemo istraživati kako su se prve supermasivne crne rupe mogle tako brzo razviti.Ali novi instrumenti kao što su MUSE i budući svemirski teleskop James Webb pomažu nam riješiti ove uzbudljive zagonetke.'
Tim je otkrio da su ovi plinski haloi čvrsto vezani za galaksije, pružajući savršen 'izvor hrane' za održavanje brzog stvaranja zvijezda i rasta supermasivnih crnih rupa. Ova opažanja učinkovito rješavaju misterij kako su supermasivne crne rupe mogle postojati tako rano u povijesti svemira. Kao Farina sažima ga :
'Sada smo u mogućnosti pokazati, po prvi put, da primordijalne galaksije imaju dovoljno hrane u svom okruženju da podrže i rast supermasivnih crnih rupa i snažno formiranje zvijezda.To dodaje temeljni dio slagalici koju astronomi grade kako bi predočili kako su kozmičke strukture nastale prije više od 12 milijardi godina.'
U budućnosti će astronomi imati još sofisticiranije instrumente s kojima će proučavati galaksije i SMBH u ranom svemiru, što bi trebalo otkriti još više detalja o drevnim oblacima plina. To uključuje ESO-e Izuzetno veliki teleskop (ELT), kao i svemirski teleskopi poput Svemirski teleskop James Webb (JWST).
Studija koja opisuje nalaze tima pojavila se u izdanju od 20. prosinca The Astrophysical Journal .
Daljnje čitanje: DA , MPIA , The Astrophysical Journal