ALMA odkrywa najwcześniejszą gigantyczną burzę we wczesnym Wszechświecie

Naukowcy korzystający z Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) odkryli tajemniczy wiatr galaktyczny napędzany przez supermasywną czarną dziurę 13,1 mld lat temu. Jest to najwcześniejszy jak dotąd zaobserwowany przykład takiego wiatru i jest to znak, że ogromne czarne dziury mają głęboki wpływ na wzrost galaktyk od bardzo wczesnej historii Wszechświata.

Wizja artystyczna przedstawiająca wiatr galaktyczny napędzany supermasywną czarną dziurą znajdującą się w centrum galaktyki. Źródło: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

W centrum wielu dużych galaktyk znajduje się supermasywna czarna dziura, która jest miliony lub miliardy razy masywniejsza od Słońca. Co ciekawe, masa czarnej dziury jest w przybliżeniu proporcjonalna do masy zgrubienia centralnego macierzystej galaktyki. Na pierwszy rzut oka może się to wydawać oczywiste, ale w rzeczywistości jest to bardzo dziwne. Powodem tego jest fakt, że rozmiary galaktyk i czarnych dziur różnią się o około 10 rzędów wielkości. Na podstawie tej proporcjonalnej zależności pomiędzy masami dwóch tak różnych obiektów, astronomowie uważają, że galaktyki i czarne dziury rosły i ewoluowały razem (koewolucja) poprzez jakiś rodzaj fizycznej interakcji.

Wiatr galaktyczny może zapewnić ten rodzaj fizycznej interakcji pomiędzy czarnymi dziurami a galaktykami. Supermasywna czarna dziura pochłania dużą ilość materii. Gdy materia ta pod wpływem grawitacji czarnej dziury zaczyna poruszać się z dużą prędkością, emituje intensywną energię, która może wypchnąć otaczającą materię na zewnątrz. Tak powstaje wiatr galaktyczny.

Pytanie brzmi: kiedy we Wszechświecie pojawiły się wiatry galaktyczne? Jest to ważne pytanie, ponieważ wiąże się z ważnym problemem w astronomii: jak doszło do koewolucji galaktyk z supermasywnymi czarnymi dziurami? – mówi Takuma Izumi, główny autor pracy badawczej i badacz w National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ).

Zespół naukowców najpierw użył Teleskopu Subaru do poszukiwania supermasywnych czarnych dziur. Dzięki jego możliwościom obserwacji szerokiego pola, znaleźli ponad 100 galaktyk z supermasywnymi czarnymi dziurami we Wszechświecie ponad 13 mld lat temu.

Następnie zespół wykorzystał wysoką czułość ALMA do zbadania ruchu gazu w galaktykach macierzystych czarnych dziur. ALMA obserwował galaktykę HSC J124353.93+010038.5 (zwaną dalej J1243+0100), odkrytą przez Teleskop Subaru, i uchwycił fale radiowe emitowane przez pył i jony węgla w galaktyce.

Szczegółowa analiza danych ALMA pokazała, że w J1243+0100 jest szybki przepływ gazu poruszający się z prędkością 500 km/s. Ten przepływ gazu ma wystarczającą energię, aby wypchnąć materię gwiazdową w galaktyce i zatrzymać aktywność gwiazdotwórczą. Przepływ gazu znaleziony w badaniu jest prawdziwym wiatrem galaktycznym i jest to najstarszy zaobserwowany przykład galaktyki z olbrzymim wiatrem o rozmiarach galaktycznych. Poprzednią rekordzistką była galaktyka sprzed około 13 mld lat, więc ta obserwacja przesuwa początek o kolejne 100 mln lat wstecz.

Zespół zmierzył również ruch spokojnego gazu w J1243+0100 i oszacował masę zgrubienia centralnego, na podstawie jej równowagi grawitacyjnej, na około 30 mld razy większą od Słońca. Masa supermasywnej czarnej dziury tej galaktyki, oszacowana inną metodą, wynosiła około 1% tej masy. Stosunek masy zgrubienia do supermasywnej czarnej dziury w tej galaktyce jest niemal identyczny ze stosunkiem mas czarnych dziur do galaktyk we współczesnym Wszechświecie. To sugeruje, że koewolucja supermasywnych czarnych dziur i galaktyk zachodzi od mniej niż miliarda lat po Wielkim Wybuchu.

Nasze obserwacje wspierają ostatnie wysoce precyzyjne symulacje komputerowe, które przewidziały, że relacje koewolucyjne istniały nawet 13 mld lat temu. Planujemy w przyszłości obserwacje dużej liczby takich obiektów i mamy nadzieję wyjaśnić, czy pierwotna koewolucja widoczna w tym obiekcie jest obrazem ogólnego Wszechświata w tym czasie, czy też nie – komentuje Izumi.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

Popularne posty z tego bloga

Naukowcy badający ciemną materię odkryli, że Droga Mleczna jest bardzo dynamiczna

Stare gwiazdy mogą być najlepszym miejscem do poszukiwania życia

Astronomowie odkrywają planetę wielkości Ziemi, która posiada “półkulę lawy”