Наблюдения ESO показывают завтрак черных дыр

Эти газовые ореолы являются идеальной пищей для сверхмассивных черных дыр в центре этих галактик, которые сейчас выглядят такими, какими они были более 12,5 миллиардов лет назад. Это хранилище газа может объяснить, как эти космические монстры росли так быстро в течение космического рассвета Вселенной.

«Теперь мы можем впервые продемонстрировать, что у исконных галактик в окружающей среде достаточно пищи для поддержания роста сверхмассивных черных дыр и энергичного звездообразования», - говорит Эмануэле Паоло Фарина из Института астрономии им. Макса Планка, Германия, который возглавлял исследование, опубликованное в Астрофизическом журнале. «Это добавляет фундаментальную часть головоломки, которую строят астрономы, чтобы представить, как космические структуры сформировались более 12 миллиардов лет назад».

Астрономам стало интересно, как сверхмассивные черные дыры смогли вырасти такими большими в столь ранней истории Вселенной. «Присутствие монстров, масса которых в несколько миллиардов раз превышает массу Солнца, - большая загадка», - говорит Фарина. Это означает, что первые черные дыры, которые могли образоваться в результате коллапса первых звезд, должны были расти очень быстро. Но до сих пор астрономы не заметили газ и пыль в достаточно больших количествах, чтобы объяснить этот быстрый рост.

Предыдущие наблюдения ALMA выявили много пыли и газа в ранних галактиках, которые способствовали быстрому образованию звезд. Эти наблюдения ALMA предполагают, что было немного пищи, чтобы накормить черную дыру.

Чтобы разгадать эту загадку, Фарина и его коллеги использовали инструмент MUSE на Очень Большом Телескопе ESO в пустыне Атакама для изучения квазаров - чрезвычайно ярких объектов, приводимых в действие сверхмассивными черными дырами, которые лежат в центре массивных галактик. В ходе исследования было исследовано 31 квазар, возраст которых более 12,5 миллиардов лет, в то время, когда Вселенная еще была младенцем, ей было всего 870 миллионов лет. Это одна из самых больших выборок квазаров с этого раннего периода в истории Вселенной, которая будет исследована.

Астрономы обнаружили, что 12 квазаров были окружены огромными газовыми резервуарами: гало холодного плотного газообразного водорода, простирающегося на 100 000 световых лет от центральных черных дыр и с массой в миллиарды раз больше Солнца. Команда из Германии, США, Италии и Чили также обнаружила, что эти газовые гало тесно связаны с галактиками, обеспечивая идеальный источник пищи для поддержания роста сверхмассивных черных дыр и энергичного звездообразования.

Исследование стало возможным благодаря чувствительности MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer) на VLT ESO, который, по словам Фарины, «изменил правила игры» при изучении квазаров. «За несколько часов на объект мы смогли вникнуть в окружение самых массивных и прожорливых черных дыр, присутствующих в молодой Вселенной», - добавляет он. Квазары яркие, а вот газовые резервуары вокруг них гораздо труднее наблюдать. Но MUSE смог обнаружить слабое свечение газообразного водорода в ореолах, что позволило астрономам наконец обнаружить тайники, которые питают сверхмассивные черные дыры в ранней Вселенной.

В будущем Extremely Large Telescope ESO поможет ученым раскрыть еще больше деталей о галактиках и сверхмассивных черных дырах в первые пару миллиардов лет после Большого взрыва. «Благодаря силе ELT мы сможем еще глубже погрузиться в раннюю Вселенную и найти еще много таких газовых туманностей», - заключает Фарина.

Исследование представлено в The Astrophysical Journal.