A mai távcsövek rendkívül javított képességeinek köszönhetően a csillagászok mélyebben kutattak a kozmoszban és az idővel később. Ennek során képesek voltak kitalálni néhány régóta rejtélyt arról, hogy az Univerzum hogyan fejlődött a Nagyrobbanás óta. Az egyik rejtély az, hogy a korai világegyetem során kialakult szupermasszív fekete lyukak (SMBH), amelyek döntő szerepet játszanak a galaxisok fejlődésében.
Az ESO chilei nagyon nagy távcsövével (VLT) egy csillagászok egy nemzetközi csoportja megfigyelte a galaxiseket, amikor körülbelül 1,5 milliárd évvel a nagy robbanás után jelentek meg (kb. 12,5 milliárd évvel ezelőtt). Meglepő módon megfigyelték a hűvös hidrogéngáz nagy tárolóit, amelyek elegendő „élelmiszer-forrást” biztosíthattak az SMBH-k számára. Ezek az eredmények megmagyarázhatják, hogy az SMBH-k milyen gyorsan növekedtek a kozmikus hajnalnak nevezett időszakban.
A csoportot Dr. Emanuele Paolo Farina vezette a Max Planck Csillagászati Intézetből (MPIA) és a Max Planck Csillagászati Intézetből (MPA). Csatlakoztak mind az MPIA, mind az MPA, az Európai Déli Megfigyelő Intézet (ESO), az UC Santa Barbara, az Arcetri Asztrofizikai Megfigyelő Intézet, a bolognai Asztrofizikai és Űrtudományi Megfigyelő Intézet és a Max Planck Külső Fizikai Intézet (MPEP) kutatói csatlakoztak hozzá.
A csillagászok évtizedek óta tanulmányozzák az SMBH-kat, amelyek a legtöbb galaxis középpontjában vannak, és amelyeket az aktív galatusmaguk (AGN) azonosítanak. Ezek a magok, amelyeket kvazároknak is neveznek, több energiát és fényt bocsátanak ki, mint a galaxis többi csillaga együttesen. A mai napig a legtávolabbi megfigyelés az ULAS J1342 + 0928, amely 13,1 milliárd fényévnyire van.
Tekintettel arra, hogy az első csillagok becslések szerint mindössze 100 000 évvel a nagy robbanás után alakultak ki (kb. 13,8 milliárd évvel ezelőtt), ez azt jelenti, hogy az SMBH-knak gyorsan létre kellett állniuk az első csillagok meghalásakor. Mindeddig azonban a csillagászok nem találtak elegendő mennyiségű port és gázt a korai világegyetem alatt, hogy megmagyarázzák ezt a gyors növekedést.
Ezen túlmenően az Atacama nagy milliméter / szubmilliméter-sorozattal (ALMA) végzett korábbi megfigyelések azt mutatták, hogy a korai galaxisok sok port és gázt tartalmaztak, amelyek a csillagok gyors kialakulását támogatták. Ezek az eredmények rámutattak, hogy nem maradt volna sok anyag a fekete lyukak betáplálására, ami csak mélyítette a rejtélyt, hogy ők is ilyen gyorsan növekedtek.
Ennek megoldására Farina és kollégái a VLT Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) eszközének összegyűjtött adataira támaszkodtak, hogy 31 kvázt felmérjenek körülbelül 12,5 milliárd fényév távolságra (ezáltal megfigyelve, hogy miként néztek ki 12,5 milliárd évvel ezelőtt). Ez teszi a felmérésüket az univerzum korai korai időszakának egyik legnagyobb kvazármintájává. Azt találták, hogy 12 kiterjesztett és meglepően sűrű hidrogénfelhő volt.
Ezeket a hidrogénfelhőket az UV-fény jellemző fénye alapján azonosították. Figyelembe véve a távolságot és az vöröseltolódás hatását (ahol a fény hullámhosszát a kozmikus tágulás miatt nyújtják meg), a földhöz kötött távcsövek piros fényként érzékelik a fényt. Amint Farina egy MPIA sajtóközleményében kifejtette:
“A ragyogó gáz legvalószínűbb magyarázata a fluoreszcencia mechanizmusa. A hidrogén a kvazár energiagazdag sugárzását fényré alakítja egy meghatározott hullámhosszon, amelyet egy csillogás észlel.”
A hűvös, sűrű hidrogénfelhők - amelyek a Nap tömegének több milliárdszorosainak voltak - halókat képeztek a korai galaxisok körül, amelyek 100 000 fényévig terjedtek a központi fekete lyukaktól. Általában meglehetősen nehéz megfigyelni az ilyen felhőket a kvazárok körül (amelyek erősen fényesek). De a MUSE hangszer érzékenységének köszönhetően - amelyet Farina „játékváltónak” nevezte - a csapat meglehetősen gyorsan megtalálta őket.
Ahogy Alyssa Drake, az MPIA kutatója, aki szintén hozzájárult a tanulmányhoz, elmondta:
“A jelenlegi tanulmányokkal csak most kezdjük meg vizsgálni, hogy az első szupermasszív fekete lyukak hogyan tudtak ilyen gyorsan fejlődni. De az új hangszerek, mint például a MUSE és a jövőbeli James Webb Űrtávcső, segítenek bennünket ezen izgalmas rejtvények megoldásában.”
A csoport úgy találta, hogy ezek a gázhalók szorosan kapcsolódnak a galaxisokhoz, és tökéletes „ételforrást” jelentenek a gyors csillagképződés és a szupermasszív fekete lyukak növekedésének fenntartásához. Ezek a megfigyelések hatékonyan megoldják azt a rejtélyt, hogy a szupermasszív fekete lyukak létezhetnek olyan korai időszakban az univerzum történetében. Ahogy Farina összefoglalja:
“Most először tudjuk demonstrálni, hogy az ősi galaxisoknak elegendő élelem van a környezetükben, hogy fenntartsák a szupermasszív fekete lyukak növekedését és az erőteljes csillagképződést. Ez hozzáad egy alapvető darabot a kirakós játékhoz, amelyet az csillagászok építenek annak bemutatására, hogy a kozmikus struktúrák hogyan alakultak több mint 12 milliárd évvel ezelőtt.”
A jövőben az csillagászok még kifinomultabb eszközökkel rendelkeznek a galaxisok és az SMBH-k tanulmányozására a korai világegyetemben, amelyeknek még részletesebben fel kell tárniuk az ősi gázfelhőket. Ide tartozik az ESO rendkívül nagy távcsője (ELT), valamint az űrben működő távcsövek, mint például a James Webb űrtávcső (JWST).
A csoport megállapításait leíró tanulmány a. December 20-i számában jelent meg Az asztrofizikai folyóirat.
