Forudsigelse af jagten på de første supermassive sorte huller

Det menes, at dannelsen og væksten af ​​de fleste galakser gennem universets historie er blevet drevet af supermassive sorte huller, der vokser sammen med deres værtsgalakse, mens de indsamler stof for at nå millioner af solmasser. At jagte de tidlige stadier af disse ekstreme objekter er blandt fremtidige kraftfulde teleskopers missioner.

Et nyt og omfattende skøn er nu blevet præsenteret i en undersøgelse ledet af forskere fra Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (IA). Undersøgelsen forudsiger antallet af meget unge galakser med aktive supermassive sorte huller i deres kerne, som skulle have eksisteret, da universet var mindre end 7 procent af sin nuværende alder, og som er inden for rækkevidde af fremtidige røntgen- og radioteleskoper, der allerede er under fremstilling. Den blev offentliggjort i Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society , og præsenteret i denne uge på SPARCS IX-mødet, hvor videnskaben og teknologien i det fremtidige Square Kilometer Array (SKA) radioteleskop diskuteres.

Resultaterne kan være retningsgivende for de mest effektive observationsplaner for SKA og for ESA's Athena X-ray rumobservatorium. Begge observatorier vil blive brugt til at kigge dybt ind i den samme periode i universets historie, som denne undersøgelse har udforsket.

"Da der er en lang ventetid, indtil Athena og SKA vil være tilgængelige for videnskab, der er tid til at ændre deres mål til det bedste, " siger Stergios Amarantidis, af IA og Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa (FCUL), avisens første forfatter. "For eksempel, en tidligere hvidbog fra Athena nævner en forudsigelse på én størrelsesorden færre supermassive sorte huller, end vi fandt. De vil bruge deres resultat til at lave en foreløbig plan for fremtidige undersøgelser. Vores resultater kan nu bruges til at forbedre strategien og udarbejde mere effektive undersøgelser."

Forfatterne udvider tidligere arbejde udført af andre i den synlige og røntgen-del af spektret ved at tilføje forudsigelser for radio- og røntgenobservationer, og for det fjernere univers. I denne sammenhæng, Røntgenstråler produceres af meget varmt stof, der spiraler ekstremt hurtigt, når det falder ned i det sorte hul, og signalerer galakser med deres centre vendt mod Jorden. Radioemissioner, på den anden side, signalerer ofte galakser set på kanten, og produceres af kraftige jetfly af partikler, der slynges væk fra det sorte huls nærhed og interagerer med gassen uden for galaksen.

Ved at bruge otte beregningsmodeller udviklet af andre teams og anvende nuværende viden om galakseudvikling, forskerne forudsagde, at i et område af himlen på størrelse med fuldmånen, Athena vil være i stand til at se røntgenaktivitet fra omkring 2. 500 supermassive sorte huller i kernerne af meget unge galakser i det tidlige univers. Resultaterne tyder på, at radioemissioner vil være mindre rigelige i disse tidlige aldre, men kraftige teleskoper som SKA vil stadig være i stand til at identificere titusinder af disse kilder i det samme område af himlen.

Beregningsmodellerne blev udviklet og finjusteret ved hjælp af hvilke observationer af de miljøer, hvor galakser udvikler sig i det nærliggende univers. En af modellernes begrænsninger, bevist af denne undersøgelse, er deres ringe evne til at forudsige de få, meget lysende, aktive galaktiske centre, der allerede er kendt for at eksistere i fjerntliggende epoker. Det er nødvendigt at øge størrelsen af ​​simuleringerne og de beregningsmæssige ressourcer for at overvinde denne begrænsning og for at forstå, hvordan de første galakser og supermassive sorte huller opstod og udviklede sig.

"Dette arbejde beviser forudsigelsesevnen af ​​nuværende avancerede modeller for galaksedannelse, og vil guide os til at gøre bedre brug af de kraftfulde teleskoper, der bygges, siger José Afonso, af IA og FCUL, og anden forfatter af papiret. "På samme tid, det viser også, hvor vores forståelse af de første aktive galakser stadig skal forbedres, noget, der vil kræve al vores observationsindsats i de kommende år. Det tidlige univers er stadig stort set svært at forklare."