Opdagelse i det tidlige univers stiller sort huls vækstpuslespil

Kvasarer er lysende objekter med supermassive sorte huller i deres centre, synlig over store kosmiske afstande. Indfaldende stof øger det sorte huls masse og er også ansvarlig for en kvasars lysstyrke. Nu, ved hjælp af W.M. Keck observatorium på Hawaii, astronomer ledet af Christina Eilers har opdaget ekstremt unge kvasarer med en forvirrende egenskab:disse kvasarer har en masse på omkring en milliard sole, endnu har indsamlet materiale for mindre end 100, 000 år. Konventionel visdom siger, at kvasarer af den masse burde have været nødt til at trække i stof tusind gange længere end det - en kosmisk gåde. Resultaterne er blevet offentliggjort i 2. maj-udgaven af Astrofysisk tidsskrift .

I hjertet af enhver massiv galakse lurer et supermassivt sort hul. Hvordan disse sorte huller blev dannet, og hvordan de er vokset til at blive så massive som millioner eller endda milliarder af sole, er et åbent spørgsmål. I det mindste nogle faser af kraftig vækst er meget synlige for astronomiske observatører:Hver gang der er betydelige mængder gas, der hvirvler ind i det sorte hul, stof i umiddelbar nærhed af det sorte hul udsender rigelige mængder lys. Det sorte hul er med mellemrum blevet til en kvasar, et af de mest lysende objekter i universet.

Nu, forskere fra Max Planck Institute for Astronomy (MPIA) har opdaget tre kvasarer, der udfordrer konventionel visdom om sorte huls vækst. Disse kvasarer er ekstremt massive, men burde ikke have haft tid nok til at samle al den masse. Opdagelsen, som er baseret på observationer ved W.M. Keck observatorium på Hawaii, glimt ind i gammel kosmisk historie:På grund af deres ekstreme lysstyrke, kvasarer kan observeres på store afstande. Astronomerne observerede kvasarer, hvis lys tog næsten 13 milliarder år at nå Jorden. Som konsekvens, observationerne viser, at disse kvasarer ikke er, som de er i dag, men som de var for næsten 13 milliarder år siden, mindre end en milliard år efter big bang.

De pågældende kvasarer har omkring en milliard gange solens masse. Alle nuværende teorier om sorte huls vækst postulerer, at for at vokse så massivt, de sorte huller ville have været nødvendige for at opsamle indfaldende stof, og skinne klart som kvasarer, i mindst hundrede millioner år. Men disse tre kvasarer viste sig at have været aktive i meget kortere tid, mindre end 100, 000 år. "Dette er et overraskende resultat, " forklarer Christina Eilers, en ph.d.-studerende ved MPIA og hovedforfatter af nærværende undersøgelse. "Vi forstår ikke, hvordan disse unge kvasarer kunne have vokset de supermassive sorte huller, der driver dem på så kort tid."

For at bestemme, hvor længe disse kvasarer havde været aktive, astronomerne undersøgte, hvordan kvasarerne havde påvirket deres miljø – især, de undersøgte opvarmede, for det meste gennemsigtige "nærhedszoner" omkring hver kvasar. "Ved at simulere, hvordan lyset fra kvasarer ioniserer og opvarmer gas omkring dem, vi kan forudsige, hvor stor nærhedszonen for hver kvasar skal være, " forklarer Frederick Davies, en postdoc-forsker ved MPIA, som er ekspert i samspillet mellem kvasarlys og intergalaktisk gas. Når først kvasaren er blevet "tændt" af indfaldende stof, disse nærhedszoner vokser meget hurtigt. "Inden for en levetid på 100, 000 år, kvasarer burde allerede have store nærhedszoner."

Overraskende nok, tre af kvasarerne havde meget små nærhedszoner – hvilket indikerer, at den aktive kvasarfase ikke kan have sat mere end 100 ind, 000 år tidligere. "Ingen nuværende teoretiske modeller kan forklare eksistensen af ​​disse objekter, " siger professor Joseph Hennawi, der leder forskergruppen på MPIA, der gjorde opdagelsen. "Opdagelsen af ​​disse unge objekter udfordrer de eksisterende teorier om dannelse af sorte huller og vil kræve nye modeller for bedre at forstå, hvordan sorte huller og galakser blev dannet."

Astronomerne har allerede planlagt deres næste skridt. "Vi vil gerne finde flere af disse unge kvasarer, siger Christina Eilers, "Selvom det kunne have været et lykketræf at finde disse tre usædvanlige kvasarer, at finde yderligere eksempler ville betyde, at en betydelig del af den kendte kvasarpopulation er meget yngre end forventet." Forskerne har allerede ansøgt om teleskoptid til at observere flere yderligere kandidater. Resultaterne, de håber, vil begrænse nye teoretiske modeller om dannelsen af ​​de første supermassive sorte huller i universet – og, underforstået, hjælpe astronomer med at forstå historien om de gigantiske supermassive sorte huller i centrum af nutidens galakser som vores egen Mælkevej.