ALMA opdager den tidligste gigantiske sorte hul-storm

Forskere, der brugte Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) opdagede en titanisk galaktisk vind drevet af et supermassivt sort hul for 13,1 milliarder år siden. Dette er det tidligste eksempel, der hidtil er observeret på en sådan vind, og er et afslørende tegn på, at enorme sorte huller har en dyb indvirkning på væksten af ​​galakser fra universets meget tidlige historie.

I midten af ​​mange store galakser gemmer sig et supermassivt sort hul, der er millioner til milliarder af gange mere massivt end Solen. Interessant nok, massen af ​​det sorte hul er nogenlunde proportional med massen af ​​det centrale område (bule) af galaksen i det nærliggende univers. Ved første øjekast, dette kan virke indlysende, men det er faktisk meget mærkeligt. Årsagen er, at størrelsen af ​​galakser og sorte huller adskiller sig med omkring 10 størrelsesordener. Baseret på dette proportionale forhold mellem masserne af to objekter, der er så forskellige i størrelse, astronomer mener, at galakser og sorte huller voksede og udviklede sig sammen (coevolution) gennem en form for fysisk interaktion.

En galaktisk vind kan give denne form for fysisk interaktion mellem sorte huller og galakser. Et supermassivt sort hul sluger en stor mængde stof. Da det stof begynder at bevæge sig med høj hastighed på grund af det sorte huls tyngdekraft, det udsender intens energi, som kan skubbe det omgivende stof udad. Sådan skabes den galaktiske vind.

"Spørgsmålet er, hvornår opstod galaktiske vinde i universet?" siger Takuma Izumi, hovedforfatteren af ​​forskningspapiret og en forsker ved National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ). "Dette er et vigtigt spørgsmål, fordi det er relateret til et vigtigt problem inden for astronomi:Hvordan udviklede galakser og supermassive sorte huller sig sammen?"

Forskerholdet brugte først NAOJs Subaru-teleskop til at søge efter supermassive sorte huller. Takket være dens brede observationsevne, de fandt mere end 100 galakser med supermassive sorte huller i universet for mere end 13 milliarder år siden.

Derefter, forskerholdet brugte ALMAs høje følsomhed til at undersøge gasbevægelsen i værtsgalakserne i de sorte huller. ALMA observerede en galakse HSC J124353.93+010038.5 (herefter J1243+0100), opdaget af Subaru-teleskopet, og fangede radiobølger udsendt af støv og kulstofioner i galaksen.

Detaljeret analyse af ALMA-dataene viste, at der er en højhastighedsgasstrøm, der bevæger sig med 500 km i sekundet i J1243+0100. Denne gasstrøm har energi nok til at skubbe stjernematerialet væk i galaksen og stoppe stjernedannelsesaktiviteten. Gasstrømmen fundet i denne undersøgelse er i sandhed en galaktisk vind, og det er det ældste observerede eksempel på en galakse med en enorm vind af galaktisk størrelse. Den tidligere rekordholder var en galakse for omkring 13 milliarder år siden; så denne observation skubber starten yderligere 100 millioner år tilbage.

Holdet målte også bevægelsen af ​​den stille gas i J1243+0100, og estimerede massen af ​​galaksens bule, baseret på dens gravitationsbalance, at være omkring 30 milliarder gange Solens. Massen af ​​galaksens supermassive sorte hul, estimeret ved en anden metode, var omkring 1 % af det. Masseforholdet mellem bulen og det supermassive sorte hul i denne galakse er næsten identisk med masseforholdet mellem sorte huller og galakser i det moderne univers. Dette indebærer, at samevolutionen af ​​supermassive sorte huller og galakser har fundet sted siden mindre end en milliard år efter universets fødsel.

"Vores observationer understøtter nylige computersimuleringer med høj præcision, som har forudsagt, at coevolutionære forhold var på plads selv for omkring 13 milliarder år siden, " kommenterer Izumi. "Vi planlægger at observere et stort antal af sådanne objekter i fremtiden, og håber at afklare, hvorvidt den oprindelige samevolution, der ses i dette objekt, er et nøjagtigt billede af det generelle univers på det tidspunkt."

Disse observationsresultater præsenteres som Takuma Izumi et al. "Subaru High-z Exploration of Low-Luminosity Quasars (SHELLQ'er). XIII. Storstilet feedback og stjernedannelse i en lav-luminosity Quasar ved z =7,07, "i Astrofysisk tidsskrift den 14. juni, 2021.