Колоссальная буря в черной дыре бушевала в ранней Вселенной

Буря дует в межгалактическое пространство огромным ветром, и мы видим штормовой свет возрастом 13,1 миллиарда лет, когда Вселенная была менее 10 процентов своего нынешнего возраста. Это самая далекая подобная буря, которую мы когда-либо идентифицировали, и ее открытие - ключ к разгадке, который может помочь астрономам разгадать историю образования галактик.

"Вопрос в том, когда во Вселенной возникли галактические ветры?" - сказал астроном Такума Идзуми из Национальной астрономической обсерватории Японии (NAOJ). "Это важный вопрос, потому что он связан с важной проблемой астрономии: как галактики и сверхмассивные черные дыры эволюционировали вместе?"

Сверхмассивные черные дыры невозможно отделить от галактик. Эти огромные объекты, масса которых в миллионы или миллиарды раз превышает массу Солнца, составляют мощное сердце галактической системы - гравитационное ядро, вокруг которого вращается все остальное в галактике.

Они также играют огромную роль в формировании их галактик. Один из способов сделать это - это механизм, называемый обратной связью. Сильные ветры сверхмассивной черной дыры пронизывают космос, унося с собой материал, который в одних областях может образовывать звезды, или заставляя его коллапсировать в новые звезды в других. В конечном итоге присутствие черной дыры накладывает ограничения на звездную массу галактики.

Интересно, что масса сверхмассивной черной дыры обычно примерно пропорциональна центральной выпуклости галактики вокруг нее. Астрономы не уверены, почему это происходит, поскольку масса галактики намного больше, чем ее сверхмассивная черная дыра, примерно на 10 порядков; но пропорциональность предполагает, что сверхмассивные черные дыры и их галактики развиваются вместе, а не формируются по отдельности и объединяются позже.

Чтобы исследовать, как ранняя обратная связь может наблюдаться во Вселенной, Изуми и его коллеги использовали радиотелескоп Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) в Чили, чтобы найти движение в потоках газа вокруг галактик с сверхмассивными черными дырами в ранней Вселенной.

Они обнаружили галактику под названием J1243 + 0100, которая образовалась всего через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва. Анализ радиоизлучения пыли в галактике показал мощные истечения со скоростью 500 километров в секунду, а их масса в 447 раз превышает массу Солнца. Это излучение достаточно мощное, чтобы подавить рождение любых звезд.

Это делает его самым ранним из выявленных на сегодняшний день ветров черной дыры, увеличивая рекорд на 100 миллионов лет, что позволяет предположить, что обратная связь возникла относительно рано в истории Вселенной.

Однако это не единственное, что проявилось рано. Измерения показали, что сверхмассивная черная дыра примерно в 330 миллионов раз превышает массу Солнца.

Изучая данные ALMA, исследователи также смогли измерить массу выпуклости J1243 + 0100. Его тактовая частота в 30 миллиардов раз превышает массу Солнца, что делает массу черной дыры пропорциональной примерно 10 процентам массы выпуклости.

Это говорит о том, что коэволюция сверхмассивных черных дыр и их родительских галактик также происходит, по крайней мере, через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва.

"Наши наблюдения подтверждают недавнее высокоточное компьютерное моделирование, которое предсказало, что коэволюционные отношения существовали даже примерно 13 миллиардов лет назад", - сказал Идзуми.

"Мы планируем наблюдать большое количество таких объектов в будущем и надеемся выяснить, является ли изначальная коэволюция, наблюдаемая в этом объекте, точной картиной общей Вселенной в то время".