Astronomowie korzystający z Bardzo Dużego Teleskopu (VLT) zaobserwowali obłoki chłodnego gazu otaczające jedne z pierwszych galaktyk we Wszechświecie. Owe gazowe halo są wspaniałym źródłem pożywienia dla supermasywnych czarnych dziur znajdujących się w centrach tych galaktyk, które teraz obserwujemy takimi jakie były 12,5 miliarda lat temu. Te zapasy pożywienia mogą tłumaczyć w jaki sposób te kosmiczne potwory tak szybko urosły w początkowym okresie historii Wszechświata.
„Po raz pierwszy w historii udało nam się dowieść, że pierwotne galaktyki miały wystarczająco dużo pożywienia w swoim otoczeniu, aby zapewnić szybki wzrost supermasywnych czarnych dziur oraz intensywne procesy gwiazdotwórcze” mówi Emanuele Paolo Farina z Instytutu Maxa Plancka w Heidelbergu, który kierował badaniami, których wyniki opublikowano dzisiaj w periodyku Astrophysical Journal. „To fundamentalny element układanki, która pozwala nam opracować model tego jak formowały się kosmiczne struktury ponad 12 miliardów lat temu”.
Astronomowie od dawna zastanawiali się jak supermasywne czarne dziury mogły osiągnąć swoje potężne rozmiary tak szybko po Wielkim Wybuchu. „Obecność tych wczesnych potworów o masie miliardów mas Słońca, jest dla nas ogromną zagadką” mówi Farina. Oznacza to, że pierwsze czarne dziury, który mogły powstać w kolapsie pierwszych gwiazd, musiały urosnąć bardzo szybko. Jednak jak dotąd, astronomowie nie mogli dostrzec „pożywienia dla tych czarnych dziur”- gazu i pyłu – w wystarczająco dużych ilościach, które pozwoliłoby tłumaczyć ten gwałtowny wzrost.
Co więcej, wcześniejsze obserwacje za pomocą ALMA ukazały duże ilości gazu i pyłu w tych pierwszych galaktykach wykorzystywane do intensywnych procesów gwiazdotwórczych. Naukowcy doszli zatem do wniosku, że musiało tam pozostać niewiele gazu i pyłu dla czarnych dziur.
Aby rozwiązać tę zagadkę Farina wraz ze współpracownikami wykorzystali instrument MUSE zainstalowany na Bardzo Dużym Teleskopie (VLT) na chilijskiej pustyni Atakama, do zbadania kwazarów – ekstremalnie jasnych obiektów zasilanych przez supermasywne czarne dziury, znajdujących się w centrach masywnych galaktyk. W ramach badań przeanalizowano 31 kwazarów widzianych obecnie takimi jakimi były 12,5 miliardów lat temu, kiedy to wszechświat miał zaledwie około 870 milionów lat. To jedna z największych próbek kwazarów z tego etapu historii Wszechświata.
Astronomowie odkryli, że 12 kwazarów otoczonych jest olbrzymimi ilościami gazu: halo chłodnego, gęstego gazu wodorowego rozciągające się na 100 000 lat świetlnych od centralnych czarnych dziur i masie miliardów mas słońca. Zespół naukowców z Niemiec, USA, Włoch i Chile, odkrył także, że te halo gazowe są ściśle związane z galaktykami, przez co stanowią idealne źródło materii do napędzania zarówno supermasywnych czarnych dziur jak i intensywnych procesów gwiazdotwórczych.
Przeprowadzenie badań było możliwe dzięki wyjątkowej czułości instrumentu MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer) zainstalowanego na VLT, który według Fariny jest „game-changerem” w badaniu kwazarów. „W ciągu zaledwie kilku godzin na cel, byliśmy w stanie zbadać otoczenie najmasywniejszych i najbardziej żarłocznych czarnych dziur we wczesnym wszechświecie” dodaje. Choć kwazary są jasne, to zasoby gazu wokół nich dużo trudniej zaobserwować. Jednak MUSE był w stanie wykryć delikatną poświatę gazu wodorowego w halo, dzięki czemu astronomowie byli w stanie dostrzec zapasy pożywienia dla supermasywnych czarnych dziur we wczesnym wszechświecie.
W przyszłości, Ekstremalnie Duży Teleskop (ELT) pozwoli naukowcom odkryć jeszcze więcej szczegółów dotyczących galaktyk i supermasywnych czarnych dziur w pierwszych kilku miliardach lat po Wielkim Wybuchu.
Źródło: ESO