Черные дыры уже пировали всего через 1,5 миллиарда лет после Большого взрыва

Благодаря значительно улучшенным возможностям современных телескопов, астрономы стали исследовать глубже в космос и дальше во времени. Таким образом, они смогли решить некоторые давние загадки о том, как эволюционировала Вселенная после Большого Взрыва. Одна из таких загадок заключается в том, как сверхмассивные черные дыры (SMBHs), которые играют решающую роль в эволюции галактик, сформировались в период ранней Вселенной.

Используя очень большой телескоп ESO (VLT) в Чили, международная группа астрономов наблюдала галактики, появившиеся примерно через 1,5 миллиарда лет после Большого Взрыва (ок. 12,5 миллиарда лет назад). Удивительно, но они наблюдали большие резервуары холодного водородного газа, который мог бы обеспечить достаточный “источник пищи” для SMBHs. Эти результаты могли бы объяснить, почему SMBHs так быстро росли в период, известный как космический рассвет.

Эту группу возглавлял доктор Эмануэле Паоло Фарина из Института астрономии Макса Планка (MPIA) и Института астрофизики Макса Планка (MPA). К нему присоединились исследователи из MPIA и MPA, Европейской южной обсерватории (ESO), Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, астрофизической обсерватории Арчетри, астрофизической и космической обсерватории Болоньи и Института внеземной физики Макса Планка (MPEP).

В течение десятилетий астрономы изучали SMBH, которые существуют в ядре большинства галактик и идентифицируются по их активным ядрам (AGN). Эти ядра, которые также известны как квазары, могут излучать больше энергии и света, чем остальные звезды в галактике вместе взятые. На сегодняшний день наиболее удаленным из наблюдаемых является ULAS J1342 + 0928, который находится на расстоянии 13,1 миллиарда световых лет.

Учитывая, что первые звезды, по оценкам, образовались всего через 100 000 лет после Большого Взрыва (ок. 13,8 миллиарда лет назад), это означает, что SMBHs должны были быстро сформироваться из первых умерших звёзд. Однако до сих пор астрономы не находили достаточно больших количеств пыли и газа в ранней Вселенной, чтобы объяснить этот быстрый рост.

Кроме того, предыдущие наблюдения, проведенные с помощью большого миллиметрового/субмиллиметрового массива Атакама (ALMA), показали, что ранние галактики содержали много пыли и газа, которые подпитывали быстрое звездообразование. Эти находки показали, что не осталось бы большого количества материала для питания черных дыр, что только углубило тайну того, как они росли так быстро.

Для решения этой проблемы Фарина и его коллеги использовали данные, собранные прибором VLT Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE), для обследования 31 квазара на расстоянии около 12,5 миллиардов световых лет (таким образом наблюдая за тем, как они выглядели 12,5 миллиардов лет назад). Это делает их обзор одной из самых больших выборок квазаров этого раннего периода Вселенной. Они обнаружили 12 протяженных и удивительно плотных водородных облаков.

Эти водородные облака были идентифицированы по их характерному свечению в ультрафиолетовом свете. Учитывая расстояние и эффект красного смещения (где длина волны света растягивается из-за космического расширения), земные телескопы воспринимают свечение как красный свет. Как объяснил Фарина в пресс-релизе MPIA:

Наиболее вероятным объяснением сияющего газа является механизм флуоресценции. Водород преобразует богатое энергией излучение квазара в свет с определенной длиной волны, что заметно по проблеску

Облака холодного плотного водорода, которые были в несколько миллиардов раз больше массы Солнца, образовывали гало вокруг ранних галактик, которые простирались на 100 000 световых лет от центральных черных дыр. Обычно обнаружить такие облака вокруг квазаров (которые очень яркие) довольно сложно. Но благодаря чувствительности инструмента MUSE, который Фарина назвал «изменителем игры», команда нашла их довольно быстро.

Как сказала Алисса Дрейк, исследователь из MPIA, которая также внесла свой вклад в исследование:

С текущими изучениями мы только начинаем исследовать, как первые сверхмассивные черные дыры смогли так быстро развиваться. Но новые инструменты, такие как MUSE и будущий космический телескоп James Webb, помогут нам решать эти захватывающие головоломки

Команда обнаружила, что эти газовые гало тесно связаны с галактиками, обеспечивая идеальный «источник пищи» для поддержания быстрого образования звезд и роста сверхмассивных черных дыр. Эти наблюдения эффективно раскрывают тайну того, как сверхмассивные черные дыры могли существовать так рано в истории Вселенной. Как Фарина резюмирует это:

Теперь мы можем впервые продемонстрировать, что в изначальных галактиках достаточно пищи, чтобы выдержать как рост сверхмассивных черных дыр, так и интенсивное звездообразование. Это добавляет фундаментальную часть головоломки, которую астрономы строят, чтобы представить, как космические структуры образовались более 12 миллиардов лет назад

В будущем астрономы будут иметь еще более сложные приборы, с помощью которых можно будет изучать галактики и SMBHs в ранней Вселенной, что позволит выявить еще больше подробностей о древних газовых облаках. Это включает в себя чрезвычайно большой телескоп Eso (ELT), а также космические телескопы, такие как космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST).

Исследование, описывающее результаты работы этой группы, появилось в номере журнала Astrophysical Journal от 20 декабря 2019 года.

Следующее

Ученые находят железный «снег» в ядре Земли

Чт Июн 13 , 2019
Упрощенный график внутренней Земли, как описано в новом исследовании. Белый и черный слои представляют собой слой суспензии, содержащий кристаллы железа. Кристаллы железа формируются в слое суспензии внешнего ядра (белого цвета). Эти кристаллы “снегом » спускаются к внутреннему ядру, где накапливаются и уплотняются в слой поверх него (черный). Уплотненный слой в […]