ESO-observationer afslører sorte hullers morgenmad ved den kosmiske daggry

Astronomer, der bruger ESO's Very Large Telescope, har observeret reservoirer af kølig gas omkring nogle af de tidligste galakser i universet. Disse gashaloer er den perfekte mad til supermassive sorte huller i centrum af disse galakser, som nu ses, som de var for over 12,5 milliarder år siden. Denne madopbevaring kan forklare, hvordan disse kosmiske monstre voksede så hurtigt i en periode i universets historie kendt som det kosmiske daggry.

"Vi er nu i stand til at demonstrere, for første gang, at urgalakser har mad nok i deres miljøer til at opretholde både væksten af ​​supermassive sorte huller og kraftig stjernedannelse, " siger Emanuele Paolo Farina, fra Max Planck Institute for Astronomy i Heidelberg, Tyskland, der ledede forskningen offentliggjort i dag i The Astrophysical Journal . "Dette tilføjer en grundlæggende brik til det puslespil, som astronomer bygger for at forestille sig, hvordan kosmiske strukturer blev dannet for mere end 12 milliarder år siden."

Astronomer har undret sig over, hvordan supermassive sorte huller var i stand til at vokse sig så store så tidligt i universets historie. "Tilstedeværelsen af ​​disse tidlige monstre, med masser flere milliarder gange vores sols masse, er et stort mysterium, " siger Farina, som også er tilknyttet Max Planck Institute for Astrophysics i Garching bei München. Det betyder, at de første sorte huller, som kunne være dannet fra sammenbruddet af de første stjerner, må være vokset meget hurtigt. Men, indtil nu, astronomer havde ikke set 'sort huls mad' - gas og støv - i store nok mængder til at forklare denne hurtige vækst.

For at komplicere sagerne yderligere, tidligere observationer med ALMA, Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, afslørede en masse støv og gas i disse tidlige galakser, der gav næring til hurtig stjernedannelse. Disse ALMA-observationer antydede, at der kunne være lidt tilovers til at fodre et sort hul.

For at løse dette mysterium, Farina og hans kolleger brugte MUSE-instrumentet på ESO's Very Large Telescope i den chilenske Atacama-ørken til at studere kvasarer - ekstremt lyse objekter drevet af supermassive sorte huller, som ligger i centrum af massive galakser. Undersøgelsen undersøgte 31 kvasarer, der ses som de var for mere end 12,5 milliarder år siden, på et tidspunkt, hvor universet stadig var et spædbarn, kun omkring 870 millioner år gammel. Dette er en af ​​de største prøver af kvasarer fra så tidligt i universets historie, der skal undersøges.

Astronomerne fandt ud af, at 12 kvasarer var omgivet af enorme gasreservoirer:haloer af køligt, tæt brintgas, der strækker sig 100.000 lysår fra de centrale sorte huller og med milliarder af gange Solens masse. Holdet, fra Tyskland, USA, Italien og Chile, fandt også ud af, at disse gashaloer var tæt bundet til galakserne, giver den perfekte fødekilde til at opretholde både væksten af ​​supermassive sorte huller og kraftig stjernedannelse.

Forskningen var mulig takket være den fremragende følsomhed af MUSE, Multi Unit Spectroscopic Explorer, på ESO's VLT, som Farina siger var "en game changer" i studiet af kvasarer. "I løbet af et par timer pr. mål, vi var i stand til at dykke ned i omgivelserne af de mest massive og glubske sorte huller til stede i det unge univers, " tilføjer han. Mens kvasarer er lyse, gasreservoirerne omkring dem er meget sværere at observere. Men MUSE kunne registrere brintgassens svage skær i glorierne, lader astronomer endelig afsløre de madgemmer, der driver supermassive sorte huller i det tidlige univers.

I fremtiden, ESO's Extremely Large Telescope vil hjælpe videnskabsmænd med at afsløre endnu flere detaljer om galakser og supermassive sorte huller i de første par milliarder år efter Big Bang. "Med kraften fra ELT, vi vil være i stand til at dykke endnu dybere ind i det tidlige univers for at finde mange flere sådanne gaståger, " slutter Farina.

Denne forskning præsenteres i et papir, der skal vises i The Astrofysisk tidsskrift .