Zahvaljujući uvelike poboljšanim mogućnostima današnjih teleskopa, astronomi istražuju dublje u kosmos i još više u prošlosti. Radeći to, uspjeli su riješiti neke dugogodišnje misterije o tome kako se Svemir razvijao od Velikog praska. Jedna od tih misterija je i kako supermasivne crne rupe (SMBH), koje igraju presudnu ulogu u evoluciji galaksija, formiranih tijekom ranog Svemira.
Koristeći ESO-ov vrlo veliki teleskop (VLT) u Čileu, međunarodni tim astronoma promatrao je galaksije kako su se pojavile oko 1,5 milijardi godina nakon Velikog praska (prije otprilike 12,5 milijardi godina). Iznenađujuće, primijetili su velike rezervoare hladnog vodikovog plina koji su mogli osigurati dovoljan „izvor hrane“ za SMBH. Ovi rezultati mogli bi objasniti kako su SMBH rasle tako brzo tijekom razdoblja poznatog kao Kozmička zora.
Tim su predvodili dr. Emanuele Paolo Farina iz Instituta za astronomiju Maxa Plancka (MPIA) i Instituta Max Planck za astrofiziku (MPA). Pridružili su mu se istraživači i iz MPIA i MPA, Europskog južnog opservatorija (ESO), UC Santa Barbara, astrofizičkog opservatorija Arcetri, opservatorija astrofizike i svemirskih znanosti iz Bologne i Instituta Max Planck za izvanzemaljsku fiziku (MPEP).
Desetljećima su astronomi proučavali SMBH, koji postoje u jezgri većine galaksija, a identificirani su njihovim aktivnim galatskim nukleusima (AGN). Ta jezgra, koja su također poznata kao kvazari, mogu emitirati više energije i svjetlosti od ostalih zvijezda u galaksiji zajedno. Do danas je najudaljeniji promatrani ULAS J1342 + 0928 koji je udaljen 13,1 milijardi svjetlosnih godina.
S obzirom da se procjenjuje da su se prve zvijezde formirale tek 100 000 godina nakon Velikog praska (prije otprilike 13,8 milijardi godina), to znači da su se SMBH morale brzo formirati od prvih zvijezda koje su umrle. Do sada, astronomi nisu pronašli prašinu i plin u dovoljno velikim količinama tijekom ranog Svemira da objasne ovaj brzi rast.
Pored toga, prethodna zapažanja provedena s velikim milimetarskim / submilimetarskim nizom Atacama (ALMA) otkrila su da su rane galaksije sadržavale puno prašine i plina, što je potaknulo brzo stvaranje zvijezda. Ovi nalazi pokazali su da ne bi ostalo mnogo materijala za hranjenje crnih rupa, što je samo produbilo misteriju kako i oni tako brzo rastu.
Da bi se riješili toga, Farina i njegovi kolege oslanjali su se na podatke prikupljene instrumentom VLT-ovog multi-jedinice za spektroskopski pregled (MUSE) kako bi pregledali 31 kvazar na udaljenosti od oko 12,5 milijardi svjetlosnih godina (promatrajući na taj način prije 12,5 milijardi godina). Ovo čini njihovo istraživanje jednim od najvećih uzoraka kvazara iz ovog ranog razdoblja Svemira. Pronašli su 12 produženih i iznenađujuće gustih vodikovih oblaka.
Ovi vodikovi oblaci prepoznati su po karakterističnom sjaju na UV svjetlu. S obzirom na udaljenost i efekt crvenog pomaka (gdje se valna duljina svjetlosti proteže zbog kozmičkog širenja), zemaljski teleskopi doživljavaju sjaj kao crveno svjetlo. Kao što je Farina objasnila u priopćenju za MPIA:
“Najvjerojatnije objašnjenje sjajnog plina je mehanizam fluorescencije. Vodik pretvara energetski bogato zračenje kvazara u svjetlost specifične valne duljine, što se primjećuje svjetlucavom bojom.”
Oblaci hladnog, gustog vodika - koji su bili nekoliko milijardi puta veći od Sunčeve mase - formirali su haloge oko ranih galaksija koje su se prostirale na 100 000 svjetlosnih godina od središnjih crnih rupa. Obično je detektirati takve oblake oko kvazara (koji su intenzivno svijetli) prilično teško. Ali zahvaljujući osjetljivosti instrumenta MUSE - koji je Farina opisala kao "izmjenjivača igara" - tim ih je brzo pronašao.
Kao što je rekla Alyssa Drake, istraživačica iz MPIA-e koja je također pridonijela studiji:
“S trenutnim studijama tek počinjemo istraživati kako su se prve supermasivne crne rupe uspjele tako brzo razvijati. No, novi instrumenti poput MUSE i budući svemirski teleskop James Webb pomažu nam da riješimo ove uzbudljive zagonetke.”
Tim je otkrio da su ovi plinski oreoli čvrsto vezani za galaksije, pružajući savršen "izvor hrane" za održavanje brzog stvaranja zvijezda i rasta supermasivnih crnih rupa. Ova opažanja učinkovito rješavaju misteriju kako bi supermasivne crne rupe mogle postojati tako rano u povijesti Svemira. Kao što Farina rezimira:
“Sada smo u stanju da po prvi puta dokažemo da primordijalne galaksije imaju dovoljno hrane u svom okruženju za održavanje rasta supermasivnih crnih rupa i snažnog stvaranja zvijezda.. To dodaje osnovni dio zagonetki koju astronomi grade kako bi prikazali kako su se kosmičke strukture formirale prije više od 12 milijardi godina.”
U budućnosti astronomi će imati još sofisticiranije instrumente pomoću kojih će proučavati galaksije i SMBH u ranom Svemiru, koji bi trebali otkriti još više detalja o drevnim plinskim oblacima. Ovo uključuje ESO-ov ekstremno velik teleskop (ELT), kao i svemirske teleskope poput James Webb svemirskog teleskopa (JWST).
Studija koja opisuje nalaze tima pojavila se u broju od 20. prosinca The Astrophysical Journal.
