Galaktyki obiegające horyzont zdarzeń prastarego giganta

Wyniki badań pomogą nam lepiej zrozumieć, w jaki sposób supermasywne czarne dziury (jedna jest obecna również w centrum Drugi Mlecznej), formowały się i tak szybko rosły do swoich gigantycznych rozmiarów. Rezultat wspiera teorię, że czarne dziury rosną szybko w wielkich strukturach przypominających sieć, które zawierają mnóstwo zasilającego je gazu.

„Nasze badania były prowadzone przede wszystkim dzięki chęci zrozumienia jednych ze stanowiących największe wyzwanie obiektów astronomicznych – supermasywnych czarnych dziur we wczesnym Wszechświecie. Są to ekstremalne systemy i jak dotąd nie mamy dobrego wyjaśnienia dla ich istnienia” - wyjaśnił Marco Mignoli, astronom z National Institute for Astrophysics (INAF) w Bolonii we Włoszech, pierwszy autor nowych badań opublikowanych ostatnio w Astronomy & Astrophysics.

Nowe obserwacje przy pomocy teleskopu VLT ukazały kilka galaktyk (!) otaczających supermasywną czarną dziurę, wszystkie one znajdują się w kosmicznej „pajęczej sieci” gazu rozciągającej się na ponad 300 rozmiarów Drogi Mlecznej. „Włókna kosmicznej sieci są jak pajęcza sieć” - porównał Mignoli. „Galaktyki znajdują się i rosną tam, gdzie krzyżują się włókna. Strumienie gazu – dostępne do zasilania zarówno galaktyk, jak i centralnej supermasywnej czarnej dziury – mogą przepływać wzdłuż tych włókien” - wskazał dalej.

Światło od wielkiej struktury podobnej do sieci, z centralną czarną dziurą o masie miliarda mas Słońca, podróżowało do nas od czasów, gdy Wszechświat miał zaledwie 0,9 miliarda lat. „Nasza praca umiejscowiła ten ważny element w mocno niekompletnej układance, jaką jest formowanie się i wzrost tak ekstremalnych, a jednocześnie względnie powszechnych, obiektów, tak szybko po Wielkim Wybuchu” - mówi współautor Roberto Gilli, także astronom z INAF w Bolonii, odnosząc się do supermasywnych czarnych dziur.

Uważa się, że pierwsze czarne dziury powstały w wyniku zapadnięcia się pierwszych gwiazd. Musiały rosnąć bardzo szybko, aby osiągnąć masy miliarda Słońca w ciągu pierwszych 0,9 miliarda lat życia Wszechświata. Astronomowie starają się wyjaśnić, w jaki sposób mogły być dostępne wystarczająco duże ilości „paliwa dla czarnych dziur”, aby umożliwić tym obiektom wzrost do tak gigantycznych rozmiarów w tak krótkim czasie.

Odnaleziona struktura daje prawdopodobne wytłumaczenie: „pajęcza sieć” i galaktyki w niej zawierają wystarczającą ilość gazu, żeby stanowić paliwo dla potrzeb centralnej czarnej dziury, aby mogła stać się supermasywnym olbrzymem.

Ale po pierwsze: w jaki sposób formuje się tak gigantyczna struktura podobna do sieci. Astronomowie sądzą, że kluczowe w tym przypadku są gigantyczne halo tajemniczej ciemnej materii. Uważa się, że te wielkie obszary niewidzialnej materii przyciągały olbrzymie ilości gazu we wczesnym Wszechświecie. Gaz i niewidzialna ciemna materia wspólnie formowały strukturę sieci, w której galaktyki i czarnej dziury mogą ewoluować.

„Nasze wyniki dają wsparcie pomysłowi, że najbardziej odległe i masywne czarne dziury powstają i rosną wewnątrz halo ciemnej materii w strukturach wielkoskalowych, a brak wcześniejszych detekcji tego typu struktur był zapewne spowodowany ograniczeniami obserwacyjnymi” mówi Colin Norman z Johns Hopkins University w Baltimore (USA), również współautor badań.

Wykryte teraz galaktyki są jednymi z najsłabszych, jakie mogą zaobserwować współczesne teleskopy. Odkrycie wymagało obserwacji przez siedem godzin, przy użyciu największych dostępnych teleskopów optycznych, w tym VLT. Dzięki instrumentom MUSE i FORS2 na VLT w Obserwatorium Paranal na chilijskiej pustyni Atakama, zespół potwierdził związek pomiędzy czterema z sześciu galaktyk, a czarną dziurą. „Wierzymy, że dostrzegliśmy dopiero czubek góry lodowej, a te kilka odkrytych jak dotąd galaktyk wokół supermasywnej czarnej dziury to najjaśniejsze z takich przypadków” - powiedziała współautorka Barbara Balmaverde, astronom w INAF w Turynie (Włochy).

Uzyskane wyniki wnoszą wkład w nasze zrozumienie, w jaki sposób supermasywne czarne dziury i wielkie kosmiczne struktury powstały i ewoluowały. Ekstremalnie Wielki Teleskop (ELT), będący obecnie w trakcie konstrukcji przez ESO w Chile, pozwoli na tej podstawie kontynuować badania, obserwując przy pomocy swoich potężnych instrumentów o wiele słabsze galaktyki wokół supermasywnych czarnych dziur we wczesnym Wszechświecie.

Źródło: ESO