Astronomer opdager 83 supermassive sorte huller i det tidlige univers

Astronomer fra Japan, Taiwan og Princeton University har opdaget 83 kvasarer drevet af supermassive sorte huller i det fjerne univers, fra en tid, hvor universet var mindre end 10 procent af sin nuværende alder.

"Det er bemærkelsesværdigt, at så massive tætte genstande var i stand til at dannes så hurtigt efter Big Bang, sagde Michael Strauss, en professor i astrofysiske videnskaber ved Princeton University, som er en af ​​medforfatterne til undersøgelsen. "At forstå, hvordan sorte huller kan dannes i det tidlige univers, og hvor almindelige de er, er en udfordring for vores kosmologiske modeller."

Denne opdagelse øger antallet af sorte huller kendt på den epoke betydeligt, og afslører, for første gang, hvor almindelige de er tidligt i universets historie. Ud over, det giver ny indsigt i effekten af ​​sorte huller på gassens fysiske tilstand i det tidlige univers i dets første milliard år. Forskningen vises i en serie på fem artikler offentliggjort i The Astrophysical Journal og Publikationer fra Astronomical Observatory of Japan .

Supermassive sorte huller, fundet i centrum af galakser, kan være millioner eller endda milliarder af gange mere massiv end solen. Selvom de er udbredte i dag, det er uklart, hvornår de først blev dannet, og hvor mange der eksisterede i det fjerne tidlige univers. Et supermassivt sort hul bliver synligt, når gas samler sig på det, får den til at skinne som en "kvasar". Tidligere undersøgelser har kun været følsomme over for de meget sjældne, mest lysende kvasarer, og dermed de mest massive sorte huller. De nye opdagelser undersøger bestanden af ​​svagere kvasarer, drevet af sorte huller med masser, der kan sammenlignes med de fleste sorte huller set i nutidens univers.

Forskerholdet brugte data taget med et banebrydende instrument, "Hyper Suprime-Cam" (HSC), monteret på Subaru-teleskopet fra Japans National Astronomical Observatory, som ligger på toppen af ​​Maunakea på Hawaii. HSC har et gigantisk synsfelt - 1,77 grader på tværs, eller syv gange arealet af fuldmånen – monteret på et af de største teleskoper i verden. HSC-holdet undersøger himlen i løbet af 300 nætter med teleskoptid, fordelt over fem år.

Holdet udvalgte fjerne kvasarkandidater fra de følsomme HSC-undersøgelsesdata. De gennemførte derefter en intensiv observationskampagne for at få spektre af disse kandidater, ved hjælp af tre teleskoper:Subaru-teleskopet; Gran Telescopio Canarias på øen La Palma på De Kanariske Øer, Spanien; og Gemini South Telescope i Chile. Undersøgelsen har afsløret 83 hidtil ukendte meget fjerne kvasarer. Sammen med 17 kvasarer, der allerede er kendt i undersøgelsesregionen, forskerne fandt ud af, at der er omkring et supermassivt sort hul pr. kubikgiga-lysår - med andre ord, hvis du delte universet i imaginære terninger, der er en milliard lysår på en side, hver ville indeholde et supermassivt sort hul.

Prøven af ​​kvasarer i denne undersøgelse er omkring 13 milliarder lysår væk fra Jorden; med andre ord, vi ser dem, som de eksisterede for 13 milliarder år siden. Da Big Bang fandt sted for 13,8 milliarder år siden, vi ser effektivt tilbage i tiden, at se disse kvasarer og supermassive sorte huller, som de dukkede op kun omkring 800 millioner år efter skabelsen af ​​det (kendte) univers.

Det er almindeligt accepteret, at brintet i universet engang var neutralt, men blev "reioniseret" - opdelt i dets protoner og elektroner - omkring det tidspunkt, hvor den første generation af stjerner, galakser og supermassive sorte huller blev født, i de første par hundrede millioner år efter Big Bang. Dette er en milepæl i den kosmiske historie, men astronomer ved stadig ikke, hvad der gav den utrolige mængde energi, der krævedes for at forårsage reioniseringen. En overbevisende hypotese antyder, at der var mange flere kvasarer i det tidlige univers end tidligere opdaget, og det er deres integrerede stråling, der reioniserede universet.

"Imidlertid, antallet af kvasarer, vi observerede, viser, at dette ikke er tilfældet, " forklarede Robert Lupton, en Princeton Ph.D. fra 1985. alumne, der er seniorforsker i astrofysiske videnskaber. "Antallet af set kvasarer er betydeligt mindre end nødvendigt for at forklare reioniseringen." Reionisering blev derfor forårsaget af en anden energikilde, højst sandsynligt talrige galakser, der begyndte at dannes i det unge univers.

Denne undersøgelse blev muliggjort af Subaru og HSCs verdensførende undersøgelsesevne. "De kvasarer, vi opdagede, vil være et interessant emne for yderligere opfølgende observationer med nuværende og fremtidige faciliteter, " sagde Yoshiki Matsuoka, en tidligere Princeton postdoc-forsker nu ved Ehime University i Japan, der ledede undersøgelsen. "Vi vil også lære om dannelsen og den tidlige udvikling af supermassive sorte huller, ved at sammenligne den målte taltæthed og lysstyrkefordeling med forudsigelser fra teoretiske modeller."

Baseret på de hidtil opnåede resultater, holdet ser frem til at finde endnu mere fjerne sorte huller og opdage, hvornår det første supermassive sorte hul dukkede op i universet.