Teleskop ESO dostrzegł galaktyki uwięzione w sieci supermasywnej czarnej dziury
Dodane przez jacek dnia 01/10/2020 22:14:21
ESO,VLT Wizja artysty dotycząca sieci supermasywnej czarnej dziury
Z pomocą Bardzo Dużego Teleskopu ESO (VLT) astronomowie odkryli sześć galaktyk leżących wokół supermasywnej czarnej dziury, po raz pierwszy tak bliskie zgrupowanie zaobserwowano w ciągu pierwszego miliarda lat wszechświata. Impresja artysty ukazuje centralną czarną dziurę i galaktyki uwięzione w jej sieci gazowej. Czarna dziura, która wraz z dyskiem wokół niej jest znana jako kwazar SDSS J103027.09 + 052455.0, świeci jasno, pochłaniając otaczającą ją materię.
Źródło: ESO/L. Calçada
Przy pomocy należącego do ESO teleskopu VLT astronomowie odkryli sześć galaktyk znajdujących się wokół supermasywnej czarnej dziury, gdy Wszechświat miał mniej niż miliard lat. Po raz pierwszy tego typu zgrupowanie zostało zaobserwowane tak wcześnie po Wielkim Wybuchu. Wyniki badań pomogą nam lepiej zrozumieć, w jaki sposób supermasywne czarne dziury, z których jedna rezyduje w centrum Drugo 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.
Treść rozszerzona
„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” powiedział Marco Mignoli, astronom z National Institute for Astrophysics (INAF) w Bolonii we Włoszech, pierwszy autor nowych badań opublikowanych dzisiaj 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” wyjaśnia 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.”

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 to 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 gazy 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.

Wyniki badań zaprezentowano w artykule pt. “Web of the giant: Spectroscopic confirmation of a large-scale structure around the z = 6.31 quasar SDSS J1030+0524”, który ukaże się w Astronomy & Astrophysics (doi: 10.1051/0004-6361/202039045).

Skład zespołu badawczego: M. Mignoli (INAF, Bolonia, Włochy), R. Gilli (INAF, Bolonia, Włochy), R. Decarli (INAF, Bolonia, Włochy), E. Vanzella (INAF, Bolonia, Włochy), B. Balmaverde (INAF, Pino Torinese, Włochy), N. Cappelluti (Department of Physics, University of Miami, Florida, USA), L. Cassarà (INAF, Mediolan, Włochy), A. Comastri (INAF, Bolonia, Włochy), F. Cusano (INAF, Bolonia, Włochy), K. Iwasawa (ICCUB, Universitat de Barcelona & ICREA, Barcelona, Hiszpania), S. Marchesi (INAF, Bolonia, Włochy), I. Prandoni (INAF, Istituto di Radioastronomia, Bolonia, Włochy), C. Vignali (Dipartimento di Fisica e Astronomia, Università degli Studi di Bologna, Włochy & INAF, Bolonia, Włochy), F. Vito (Scuola Normale Superiore, Piza, Włochy), G. Zamorani (INAF, Bolonia, Włochy), M. Chiaberge (Space Telescope Science Institute, Maryland, USA), C. Norman (Space Telescope Science Institute & Johns Hopkins University, Maryland, USA).


Animation of the web of the supermassive black hole


Źródło: ESO