Az elmúlt néhány évtizedben a csillagászok képesek voltak távolabbra nézni az Univerzumba (és az időben is), szinte az Univerzum kezdeteire. Ennek során sokat tanultak a világegyetem legkorábbi galaxisairól és azok későbbi fejlődéséről. Vannak azonban olyan dolgok, amelyek még mindig túllépik a határokat, például amikor először megjelentek a szupermasszív fekete lyukakkal (SMBH) és hatalmas fúvókákkal rendelkező galaxisok.
A Nemzetközi Fejlett Tanulmányok Iskolája (SISSA), valamint a japán és tajvani csillagászok egy közelmúltbeli tanulmánya alapján új betekintést nyújtanak arra, hogy a szupermasszív fekete lyukak csak 800 millió évvel a nagy robbanás után alakultak ki, és a relativista sugárhajtású készülékek kevesebb mint 2 milliárd évvel utána. Ezek az eredmények egy növekvő eset részét képezik, amely megmutatja, hogy a mi univerzumunkban hatalmas tárgyak képződtek hamarabb, mint gondolnánk.
A csillagászok több mint fél évszázaddal tudtak az SMBH-król. Idővel rájöttek, hogy a legtöbb hatalmas galaxis (beleértve a Tejútot) magjában helyezkedik el. A galaxisok fejlődésében játszott szerepüket szintén tanulmányozták, és a modern csillagászok arra a következtetésre jutottak, hogy ezek közvetlenül kapcsolódnak a csillagok galaxisok kialakulásának sebességéhez.
Hasonlóképpen, a csillagászok azt találták, hogy az SMBH-k szoros akkumulációs tárcsákkal vannak körülvéve, ahol a gáz és a por felgyorsul a fénysebességhez. Ez azt eredményezi, hogy néhány galaxis központja olyan fényesvé válik - az úgynevezett aktív galaktikus atommagok (AGN-k) -, hogy meghaladják a csillagokat a lemezükön. Bizonyos esetekben ezek az akkumulációs tárcsák forró anyag fúvókáihoz vezetnek, amelyek fény milliárd méter távolságra láthatók.
A hagyományos modellek szerint a galaxisoknak nem volt elég idejük központi fekete lyukak kialakulásához, amikor az Univerzum kevesebb, mint egy milliárd éves volt (kb. 13 milliárd évvel ezelőtt). A legfrissebb megfigyelések azonban azt mutatták, hogy abban az időben a galaxisok központjában már kialakultak a fekete lyukak. Ennek megoldására a SISSA tudósokból álló csoport új modellt javasolt, amely lehetséges magyarázatot kínál.
A tanulmányhoz, amelyet Lumen Boco vezetett - Ph.D. hallgató a Világegyetem Alapvető Fizikai Intézetéből (IFPU) - a csapat azzal a közismert tényvel indult, hogy az SMBH-k a korai galaxisok központi régióiban növekednek. Ezeknek az objektumoknak, amelyek ma az elliptikus galaxisok elődei, nagyon magas a gázkoncentrációja és az új csillagképződés rendkívül intenzív sebessége.
A csillagok első generációja ezekben a galaxisokban rövid életű volt, és gyorsan fekete lyukakká fejlődött, amelyek viszonylag kicsik voltak, de számukban jelentős. Az őket körülvevő sűrű gáz jelentős dinamikus súrlódást okozott, és gyors migrációt okozott a galaxis központjában. Itt összeolvadtak és létrehozták a szupermasszív fekete lyukak magjait - amelyek az idő múlásával lassan növekedtek.
Ahogyan a kutatócsoport kifejtette a SISS legutóbbi sajtóközleményében:
„A klasszikus elméletek szerint egy szupermasszív fekete lyuk növekszik egy galaxis közepén, amely megragadja a környező anyagot, elsősorban gázt, önmagában„ növeli ”azt, és végül a tömegével arányos ritmusban emészt be. Ezért a fejlődés kezdeti szakaszában, amikor a fekete lyuk tömege kicsi, a növekedés nagyon lassú. Ha a számítások szerint a megfigyelt tömeg eléréséhez, a Nap milliárdszorosához képest, nagyon hosszú időre lenne szükség, még nagyobb, mint a fiatal világegyetem kora. ”
Az általuk kidolgozott eredeti matematikai modell azonban megmutatta, hogy a központi fekete lyukak kialakulásának folyamata a kezdeti szakaszában nagyon gyors lehet. Ez nem csak magyarázatot ad az SMBH magjainak létezésére a korai világegyetemben, hanem egyezteti azok növekedésének ütemezését az Univerzum ismert korával.
Röviden: tanulmányuk kimutatta, hogy a korai fekete lyukak migrációja és egyesülése mindössze 50–100 millió év alatt 10 000–100 000 napelemes tömegű SMBH mag létrehozásához vezethet. Ahogy a csapat kifejtette:
„A központi fekete lyuk növekedése a szokásos elméletben említett, fent említett közvetlen gázkibocsátásnak megfelelően nagyon gyors lesz, mert óriási lesz az a gázmennyiség, amelyet sikerrel vonz és felszív. a javasolt folyamat. Ennek ellenére éppen az a tény, hogy egy ilyen nagy magból indulunk, amint azt a mechanizmusunk tervezi, felgyorsítja a szupermasszív fekete lyuk globális növekedését, és lehetővé teszi annak kialakulását, a Fiatal Univerzumban is. Röviden, ezen elmélet fényében kijelenthetjük, hogy 800 millió évvel a nagy robbanás után a szupermasszív fekete lyukak már betelepíthetik a Kozmoszt.
Amellett, hogy javasolt egy működési modellt a megfigyelt SMBH magvakhoz, a csoport egy módszert is javasolt annak tesztelésére. Egyrészt vannak olyan gravitációs hullámok, amelyeket ezek az egyesülések okoznának, amelyek azonosíthatók olyan gravitációs hullámdetektorok segítségével, mint az Advanced LIGO / Virgo, és amelyeket a jövőbeli Einstein-távcső jellemez.
Ezenkívül az SMBH későbbi fejlesztési fázisait olyan missziók is vizsgálhatják, mint például az ESA lézeres interferométeres űrantenna (LISA), amelynek várhatóan 2034 körül indul. Hasonlóképpen, egy másik csillagászcsoport nemrégiben használta az Atacama-t. Nagy milliméter / almilliméter Array (ALMA), hogy egy másik rejtélyt kezeljünk a galaxisokkal kapcsolatban, ezért egyeseknek fúvóka van, másoknak nincs.
Ezeket a gyorsan mozgó ionizált anyagáramokat, amelyek relativista sebességgel haladnak (a fénysebesség egy töredéke), megfigyelték, hogy egyes galaxisok központjától származnak. Ezek a fúvókák összekapcsolódtak a galaxis csillagképződésének sebességével, mivel az anyagot kiürítik, amely egyébként új csillagok formájában összeomlik. Más szavakkal, ezek a fúvókák szerepet játszanak a galaxisok fejlődésében, hasonlóan az SMBH-khoz.
Ezért a csillagászok arra törekedtek, hogy többet megtudjanak arról, hogy a fekete lyukú fúvókák és a gáznemű felhők hogyan működtek együtt idővel. Sajnos nehéz volt megfigyelni az ilyen interakciókat a korai világegyetem idején. Az Atacama nagy milliméter / almilliméter tömböt (ALMA) használva egy csillagászok egy csoportjának sikerült előállítaniuk a nagyon távoli kvazárról származó zavart gáznemű felhők első felbontott képét.
Az eredményeket leíró tanulmány, amelyet a Kindai Egyetem prof. Kaiki Taro Inoue vezet, a közelmúltban jelent meg a Asztrofizikai folyóiratok. Mint Inoue és munkatársai kifejtették, az ALMA adatai fiatal bipoláris fúvókákat fedeztek fel, amelyek az MG J0414 + 0534-ből származnak, amely egy kvazár, amely körülbelül 11 milliárd fényévnyire van a Földtől. Ezek az eredmények azt mutatják, hogy az SMBH-kkal és fúvókákkal rendelkező galaxisok léteztek, amikor a Nagyrobbanás kevesebb, mint 3 milliárd éves volt.
Az ALMA mellett a csapat egy olyan gravitációs lencse néven ismert technikára támaszkodott, ahol a beavatkozó galaxis gravitációja nagyítja a távoli tárgyakból származó fényt. Ennek a „kozmikus távcsőnek” és az ALMA nagy felbontásának köszönhetően a csapat képes volt megfigyelni az MG J0414 + 0534 körüli zavart gáznemű felhőket, és megállapítani, hogy ezeket a galaxis közepén lévő SMBH-ból származó fiatal fúvókák okozták.
Mint Kouichiro Nakanishi, a japán Nemzeti Csillagászati Megfigyelőközpont / SOKENDAI projekt egyetemi docens, egy ALMA sajtóközleményében kifejtette:
„Ezt a kozmikus távcsövet és az ALMA nagy felbontású megfigyeléseit kombinálva kivételesen éles látást kaptunk, ami 9000-szer jobb, mint az emberi látás. Ezzel a rendkívül nagy felbontással sikerült elérnünk a szupermasszív fekete lyukból kilépő fúvókák körüli gáznemű felhők eloszlását és mozgását. "
Ezek a megfigyelések azt is kimutatták, hogy a gázt befolyásolták a fúvókák irányát követve, és a részecskék hevesen mozogtak, és felgyorsultak 600 km / s-ig (370 mps). Ráadásul ezek befolyásolták a gáznemű felhőket, és maguk a fúvókák sokkal kisebbek voltak, mint egy tipikus galaxis mérete ebben a korban.
Ebből a csoport arra a következtetésre jutott, hogy a sugárhajtású evolúció nagyon korai szakaszában voltak tanúi az MG J0414 + 0534 galaxisban. Ha igaz, ezek a megfigyelések lehetővé tették a csapat számára, hogy megfigyeljen egy kulcsfontosságú evolúciós folyamatot a galaxisokban a korai világegyetem alatt. Amint Inoue összefoglalta:
„Az MG J0414 + 0534 kiváló példa a fúvókák fiatalsága miatt. A fúvókák és a gáznemű felhők közötti szignifikáns kölcsönhatásról még a fúvókák nagyon korai evolúciós szakaszában is bizonyítékot találtunk. Úgy gondolom, hogy felfedezésünk előkészíti az utat a galaxisok evolúciós folyamatának jobb megértéséhez a korai világegyetemben. "
Ezek a tanulmányok együttesen bizonyítják, hogy az univerzum két legerősebb csillagászati jelensége a vártnál korábban jelent meg. Ez a felfedezés lehetőséget ad a csillagászoknak arra is, hogy felfedezzék, hogyan fejlődtek ezek a jelenségek az idő múlásával, és milyen szerepet játszottak az Univerzum evolúciójában.
