Komunikat prasowy

Obserwacje ESO ukazały śniadanie czarnej dziury podczas kosmicznego świtu

19 grudnia 2019

Astronomowie korzystający z należącego do ESO teleskopu VLT zaobserwowali rezerwuary chłodnego gazu wokół niektórych z najwcześniejszych galaktyk we Wszechświecie. Ten gaz w halo galaktyk jest idealnym pożywieniem dla supermasywnych czarnych dziur w centrach galaktyk – obecnie widzimy sytuację jaka była ponad 12,5 miliard lat temu. Ta spiżarnia może być wyjaśnieniem, w jaki sposób kosmiczne potwory rosły tak szybko podczas okresu w historii Wszechświata znanego jako kosmiczny świt.

„Jesteśmy po raz pierwszy w stanie pokazać, że pierwotne galaktyki miały wystarczającą ilość pożywienia w swoim otoczeniu, aby zasilać zarówno wzrost supermasywnej czarnej dziury, jak i energiczne procesy gwiazdotwórcze” mówi Emanuele Paolo Farina z Max Planck Institute for Astronomy w Heidelbergu (Niemcy), który kierował badaniami opublikowanymi dzisiaj w “The Astrophysical Journal”. „To dodaje fundamentalny element do układanki, którą astronomowie składają w obraz tego, jak uformowały się kosmiczne struktury w czasach ponad 12 miliardów lat temu.”

Astronomowie zastanawiają się, w jaki sposób supermasywne czarne dziury były w stanie tak mocno urosnąć, tak wcześnie w historii Wszechświata. „Istnienie tych wczesnych potworów o masach kilku miliardów razy większych niż masa Słońca jest sporą zagadką” komentuje Farina, pracujący w Max Planck Institute for Astrophysics w Garching koło Monachium. Oznacza to, że pierwsze czarne dziury, które mogły uformować się w efekcie zapadania się pierwszych gwiazd, musiały rosnąć bardzo szybko. Ale, jak dotąd, astronomowie nie dostrzegli „pożywienia czarnej dziury” – gazu i pyłu – w wystarczająco dużych ilościach, aby wyjaśnić gwałtowny wzrost.

Sprawę skomplikowały jeszcze bardziej wcześniejsze obserwacje przy pomocy ALMA, Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, które ukazały mnóstwo gazu i pyłu we wczesnych galaktykach, który zasilał szybkie powstawanie gwiazd. Obserwacje ALMA sugerowały, że nieco materii może pozostać do zasilania czarnej dziury.

Aby rozwiązać tę zagadkę, Farina wraz ze współpracownikami użyli instrumentu MUSE na Bardzo  Dużym Teleskopie (VLT) na chilijskiej pustyni Atakama do zbadania kwazarów — ekstremalnie jasnych obiektów zasilanych przez supermasywne czarne dziury znajdujące w centrach masywnych galaktyk. W ramach badań sprawdzono 31 kwazarów widocznych w stanie, jaki miały ponad 12,5 miliarda lat temu, wczasach, gdy Wszechświat ciągle była niemowlęcy i miał zaledwie około 870 milionów lat. To jedna z największych zbadanych próbek kwazarów z wczesnej historii Wszechświata.

Astronomowie odkryli, iż 12 kwazarów jest otoczonych gigantycznymi rezerwuarami gazu w ramach halo złożonego z chłodnego, gęstego gazu wodorowego rozciągających się na 100 000 lat świetlnych od centralnych czarnych dziur i mających masę miliardów mas Słońca. zespół z Niemiec, Stanów Zjednoczonych, Włoch i Chile ustalił także, że gazowe halo były ściśle związane z galaktykami, dostarczając idealnego źródła pożywienia do wzrostu supermasywnych czarnych dziur i żywiołowych procesów gwiazdotwórczych.

Badania były możliwe dzięki nadzwyczajnej czułości instrumentu MUSE, Multi Unit Spectroscopic Explorer, na należącym do ESO teleskopie VLT, który Farina nazywa instrumentem robiącym różnicę w badaniach kwazarach. „Dysponując kilkoma godzinami na dany obiekt byliśmy w stanie zagłębić się w otoczenie najbardziej masywnych i najbardziej żarłocznych czarnych dziur występujących w młodych Wszechświecie” dodał. O ile kwazary są jasne, to zasoby gazu wokół nich są znacznie trudniejsze do zaobserwowania, ale MUSE potrafi wykryć słabą poświatę od gazu wodorowego w halo, pozwalając astronomom w końcu odnaleźć zapasy żywności, które zasilały supermasywne czarne dziury we wczesnych Wszechświecie.

W przyszłości, budowany przez ESO Ekstremalnie Wielki Teleskop (ELT) pomoże naukowcom ukazać jeszcze więcej szczegółów na temat galaktyk i supermasywnych czarnych dziur w pierwszych kilku miliardach lat po Wielkim Wybuchu. „Dzięki mocy ELT będziemy w stanie sięgnąć jeszcze głębiej we wczesny Wszechświat, aby znaleźć dużo więcej takich gazowych mgławic” podsumował Farina.

Więcej informacji

Wyniki badań przedstawiono w artykule, który ukaże się w The Astrophysical Journal.

Skład zespołu badawczego: Emanuele Paolo Farina (Max Planck Institute for Astronomy [MPIA], Heidelberg, Niemcy and Max Planck Institute for Astrophysics [MPA], Garching bei München, Niemcy), Fabrizio Arrigoni-Battaia (MPA), Tiago Costa (MPA), Fabian Walter (MPIA), Joseph F. Hennawi (MPIA and Department of Physics, University of California, Santa Barbara, US [UCSB Physics]), Anna-Christina Eilers (MPIA), Alyssa B. Drake (MPIA), Roberto Decarli (Astrophysics and Space Science Observatory of Bologna, Italian National Institute for Astrophysics [INAF], Bolonia, Włochy), Thales A. Gutcke (MPA), Chiara Mazzucchelli (European Southern Observatory, Vitacura, Chile), Marcel Neeleman (MPIA), Iskren Georgiev (MPIA), Eduardo Bañados (MPIA), Frederick B. Davies (UCSB Physics), Xiaohui Fan (Steward Observatory, University of Arizona, Tucson, USA [Steward]), Masafusa Onoue (MPIA), Jan-Torge Schindler (MPIA), Bram P. Venemans (MPIA), Feige Wang (UCSB Physics), Jinyi Yang (Steward), Sebastian Rabien (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Garching bei München, Niemcy) oraz Lorenzo Busoni (INAF-Arcetri Astrophysical Observatory, Florence, Włochy). 

ESO jest wiodącą międzyrządową organizacją astronomiczną w Europie i najbardziej produktywnym obserwatorium astronomicznym na świecie. Ma 16 krajów członkowskich: Austria, Belgia, Czechy, Dania, Finlandia, Francja, Hiszpania, Irlandia, Holandia, Niemcy, Polska, Portugalia, Szwajcaria, Szwecja, Wielka Brytania oraz Włochy, dodatkowo Chile jest krajem gospodarzem, a Australia strategicznym partnerem. ESO prowadzi ambitne programy dotyczące projektowania, konstrukcji i użytkowania silnych naziemnych instrumentów obserwacyjnych, pozwalając astronomom na dokonywanie znaczących odkryć naukowych. ESO odgrywa wiodącą rolę w promowaniu i organizowaniu współpracy w badaniach astronomicznych. ESO zarządza trzema unikalnymi, światowej klasy obserwatoriami w Chile: La Silla, Paranal i Chajnantor. W Paranal ESO posiada teleskop VLT (Very Large Telescope - Bardzo Duży Teleskop), najbardziej zaawansowane na świecie astronomiczne obserwatorium w świetle widzialnym oraz dwa teleskopy do przeglądów. VISTA pracuje w podczerwieni i jest największym na świecie instrumentem do przeglądów nieba, natomiast VLT Survey Telescope to największy teleskop dedykowany przeglądom nieba wyłącznie w zakresie widzialnym. ESO jest głównym partnerem ALMA, największego istniejącego projektu astronomicznego. Z kolei na Cerro Armazones, niedaleko Paranal, ESO buduje 39-metrowy teleskop ELT (Extremely Large Telescope - Ekstremalnie Wielki Teleskop), który stanie się „największym okiem świata na niebo”.

Kontakt

Emanuele Paolo Farina
Max Planck Institute for Astronomy and Max Planck Institute for Astrophysics
Heidelberg and Garching bei München, Germany
Tel.: +49 89 3000 02297
E-mail: emanuele.paolo.farina@gmail.com

Bárbara Ferreira
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tel.: +49 89 3200 6670
Tel. kom.: +49 151 241 664 00
E-mail: pio@eso.org

Krzysztof Czart (Kontakt dla mediów Polska)
Sieć Popularyzacji Nauki ESO oraz Urania - Postępy Astronomii
Toruń, Polska
Tel.: +48 513 733 282
E-mail: eson-poland@eso.org

Śledź ESO w mediach społecznościowych