Dalekohled ESO/VLT pozoroval zásobníky plynu vyživující černé díry v mladém vesmíru


Plynné halo na záběru pořízeném pomocí MUSE obklopující interagující galaxie zachycené radioteleskopem ALMA. Foto: ESO / Farina et al.; ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), Decarli et al.

Astronomové využívající dalekohled ESO/VLT pozorovali rezervoáry chladného plynu obklopující jedny z nejmladších galaxií ve vesmíru – galaxií, které v současnosti vidíme tak, jak vypadaly před 12,5 miliardami let. Tato plynná hala jsou bohatou zásobárnou materiálu pro superhmotné černé díry v jádrech těchto galaxií a jejich existence by mohla vysvětlit, jak během raného vývoje vesmíru mohla tato kosmická monstra narůst tak rychle do svých mimořádných rozměrů.

TIP:   Odhalené tajemství nejvzdálenějšího studovaného tělesa Sluneční soustavy

Nyní poprvé jsme schopni ukázat, že zárodečné galaxie měly k dispozici dostatek hmoty ve svém okolí na to, aby zajistily jak rychlý růst superhmotných černích děr, tak mimořádné tempo tvorby nových hvězd,“ říká Emanuele Paolo Farina (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Německo; Max Planck Institute for Astrophysics, Garching bei München, Německo) vedoucí vědecký pracovník výzkumu, který byl zveřejněn ve vědeckém časopise Astrophysical Journal. „Doplnili jsme jeden ze základních dílků skládanky, kterou astronomové sestavují již desítky let ve snaze popsat, jakým způsobem před 12 miliardami let  vznikaly kosmické struktury.“

Astronomy dlouho trápila otázka, jak mohly superhmotné černé díry narůst do takových rozměrů v tak rané fázi vývoje vesmíru. „Přítomnost těchto obrů s hmotností několika miliard Sluncí v mladém vesmíru je velká záhada,“ pokračuje Emanuele Paolo Farina. Znamená to, že černé díry, které mohly vzniknout kolapsem prvních velmi hmotných hvězd, musely dále narůst velmi rychle. Ale až dosud se astronomům nedařilo zaznamenat hmotu – plyn a prach – v dostatečně velkém množství, která by vysvětlila tento rapidní růst.

Situaci dále zkomplikovala nedávná pozorování provedená pomocí ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), která v těchto galaxiích odhalila značné množství plynu a prachu dostupného pro tvorbu hvězd. Ukázalo se totiž, že na růst černých děr by tak zbylo jen malé množství hmoty.

Při snaze tuto záhadu vyřešit použili Emanuele Paolo Farina a jeho kolegové přístroj MUSE a dalekohled ESO/VLT (Very Large Telescope) pracující na Observatoři Paranal v Chile ke studiu kvasarů – mimořádně jasných mladých galaxií, kterým dodávají energii superhmotné černé díry sídlící v jejich středu.

Prohlédli celkem 31 kvasarů, které dnes pozorujeme tak, jak vypadaly před 12,5 miliardami let, tedy v době, kdy byl vesmír ‚dítětem‘ sotva 870 milionů let starým. Jedná se o jeden z nejrozsáhlejších dosud zkoumaných vzorků tohoto typu galaxií sledovaných v takto rané fázi vývoje vesmíru.

Video: ESO

Tým astronomů z Německa, USA, Itálie a Chile zjistil, že 12 ze sledovaných kvasarů bylo obklopeno obrovskými rezervoáry plynu – haly chladného vodíku o celkové hmotnosti miliard Sluncí táhnoucími se do vzdálenosti 100 tisíc světelných let od centrální černé díry. Ukázalo se také, že tato hala jsou těsně spojena s galaxiemi a představují tak dokonalý zdroj hmoty, který je schopen vyživovat růst černé díry a zároveň udržovat překotnou tvorbu hvězd.

Výzkum bylo možné provést díky mimořádné citlivosti přístroje MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer), který pracuje ve spojení s dalekohledem ESO/VLT. Emanuele Paolo Farina poznamenává: „Výkon přístroje MUSE byl rozhodující, během pouhých několika hodin pozorování jsme byli u jednotlivých cílů schopni prozkoumat okolí těch nejhmotnějších a nejnenasytnějších černých děr, jaké se v mladém vesmíru vyskytovaly.“

Zatímco kvasary jsou jasné, plyn v jejich okolí se pozoruje mnohem obtížněji. MUSE však byl schopen zaznamenat slabou záři vodíku nacházejícího se v těchto halo a konečně astronomům umožnil spatřit zdroje, které v počátečních fázích vývoje vesmíru zásobovaly hmotou rostoucí černé díry.

Další informace o galaxiích a jejich superhmotných černých dírách v prvních několika miliardách let vývoje vesmíru pomůže v budoucnu astronomům odhalit plánovaný dalekohled ESO/ELT (Extremely Large Telescope). „S výkonem ELT budeme moci nahlédnout ještě mnohem hlouběji do minulosti vesmíru a nalézt daleko více těchto zásobníků plynu,“ dodává Emanuele Paolo Farina.

Zdroj: Vědecká tisková zpráva ESO