Dodano: 02 październik 2020r.

Galaktyki uwięzione w sieci supermasywnej czarnej dziury ujawniają sekrety wczesnego Wszechświata

Astronomowie zaobserwowali sześć galaktyk uwięzionych w uścisku supermasywnej czarnej dziury. Światło z tej ogromnej struktury podróżowało do nas od czasów, gdy Wszechświat miał około miliarda lat. Obserwacje te wnoszą duży wkład w nasze zrozumienie ewolucji czarnych dziur w supermasywne obiekty, w tak krótkim czasie po Wielkim Wybuchu.

Galaktyki uwięzione w sieci supermasywnej czarnej dziury ujawniają sekrety wczesnego Wszechświata

 

Nowe obserwacje wykonane przy pomocy należącego do Europejskiego Obserwatorium Południowego teleskopu VLT (Very Large Telescope) ujawniły sześć galaktyk otaczających supermasywną czarną dziurę. Galaktyki zgrupowane są w podobnej do pajęczej sieci gigantycznej strukturze gazu i pyłu rozciągającej się na obszar ponad 300 razy większy od Drogi Mlecznej.

Obserwowany przez teleskop widok pokazuje sytuację z czasów, gdy Wszechświat miał mniej niż miliard lat. To pierwszy raz, kiedy tak bliskie zgrupowanie zostało zaobserwowane w tak krótkim czasie po Wielkim Wybuchu. Naukowcy mają nadzieję, że odkrycie pomoże im lepiej zrozumieć, jak supermasywne czarne dziury tak szybko urosły do swoich rozmiarów. Obserwacje potwierdzają też teorię, że czarne dziury mogą szybko rosnąć w dużych strukturach przypominających sieci, zawierających gaz, który je napędza.

Opis odkrycia ukazał się na łamach pisma „Astronomy & Astrophysics”.

Galaktyki w uścisku czarnej dziury

- Głównym motywem naszych badań była chęć zrozumienia obiektów astronomicznych stanowiących jedne największych wyzwań dla nauki - supermasywnych czarnych dziur we wczesnym Wszechświecie. Są to ekstremalne układy i do tej pory nie mieliśmy dobrego wyjaśnienia ich istnienia - powiedział Marco Mignoli z National Institute for Astrophysics (INAF) w Bolonii we Włoszech i główny autor nowych badań.

Zaobserwowane galaktyki znajdują się w kosmicznej strukturze przypominającej sieć pajęczą. - Włókna kosmicznej sieci są jak nici pajęczyny. Galaktyki znajdują się tam, gdzie krzyżują się włókna, a strumienie gazu, który napędza zarówno galaktyki, jak i supermasywną czarną dziurę, mogą przepływać wzdłuż tych włókien – dodał Mignoli.

Światło z tej wielkiej struktury ze znajdującą się w jej centrum czarną dziurą o masie miliarda mas Słońca, dotarło do nas z czasów, gdy Wszechświat miał zaledwie 0,9 miliarda lat. - Nasza praca dodała ważny element do w dużej mierze niekompletnej jeszcze układanki, jaką jest formowanie się i rozwój tak ekstremalnych, ale stosunkowo powszechnych obiektów, tak szybko po Wielkim Wybuchu - zaznaczył współautor publikacji Roberto Gilli, również pracujący w INAF w Bolonii.

Pierwsze supermasywne czarne dziury

Uważa się, że pierwsze czarne dziury powstały w wyniku zapadnięcia się pod wpływem własnej grawitacji pierwszych gwiazd. Z obserwacji wynika, że obiekty te musiały rosnąć w błyskawicznym tempie, osiągając masy miliarda słońc w ciągu pierwszego miliarda lat istnienia Wszechświata. Astronomowie od lat starali się wyjaśnić, skąd czarne dziury brały wystarczającą ilość „paliwa”, które umożliwiło im osiągnięcie ogromnych rozmiarów w tak krótkim czasie.

Nowo odkryta struktura daje prawdopodobne wyjaśnienie. Zaobserwowana sieć i znajdujące się w niej galaktyki, zawierają wystarczającą ilość gazu, aby zapewnić dostatecznie dużo „paliwa”, którego potrzebuje czarna dziura, aby szybko stać się supermasywnym olbrzymem.

Halo ciemnej materii

Jak to często bywa, odpowiedź na jedno pytanie zmusza do zadania kolejnych. Zaobserwowana struktura jest potencjalnym wyjaśnieniem szybkiego wzrostu czarnych dziur, ale uczonych zastanowiło istnienie tak gigantycznych, podobnych się pajęczej sieci struktur?

Astronomowie uważają, że kluczowe w tym przypadku są gigantyczne halo tajemniczej ciemnej materii. Badacze sądzą, że duże obszary niewidzialnej materii przyciągnęły ogromne ilości gazu we wczesnym Wszechświecie. Ciemna materia wraz z gazem utworzyła struktury przypominające sieć, w których ewoluowały galaktyki i czarne dziury.

- Nasze odkrycie może potwierdzać tezę, że najbardziej odległe i masywne czarne dziury formują się i rosną wewnątrz halo ciemnej materii, a brak wcześniejszych detekcji takich struktur był prawdopodobnie spowodowany ograniczeniami obserwacyjnymi - zaznaczył Colin Norman z Johns Hopkins University w Baltimore w USA, współautor badań.

Przyszłe badania

Wykrywane obecnie galaktyki są jednymi z najsłabszych, jakie mogą zostać zaobserwować przez współczesne teleskopy. To odkrycie wymagało obserwacji przez kilka godzin przy użyciu największych dostępnych teleskopów optycznych, w tym VLT. Używając instrumentów MUSE i FORS2 na VLT w Obserwatorium Paranal na chilijskiej pustyni Atakama, zespół potwierdził związek między czarną dziurą a czterema z sześciu zaobserwowanych galaktyk.

- Uważamy, że zauważyliśmy dopiero wierzchołek góry lodowej, a te kilka galaktyk odkrytych do tej pory wokół tej supermasywnej czarnej dziury jest tylko najjaśniejszym z podobnych przypadków - powiedziała współautorka badań Barbara Balmaverde z INAF w Turynie.

Wyniki obserwacji pomogą zrozumieć, w jaki sposób formowały się i ewoluowały supermasywne czarne dziury i duże struktury kosmiczne. Budowany Ekstremalnie Wielki Teleskop będzie mógł kontynuować badania, a jego możliwości pozwolą na obserwację znacznie słabszych obiektów znajdujących się wokół supermasywnych czarnych dziur we wczesnym Wszechświecie.

 

Źródło: ESO, fot. ESO/L. Calçada