При помощи Очень Большого Телескопа астрономы Европейской южной обсерватории (ESO) наблюдали скопления холодного газа вокруг некоторых из наиболее ранних галактик во Вселенной. Эти газовые гало — прекрасное «питание» для сверхмассивных черных дыр в центрах этих галактик, которые мы видим такими, какими они были более 12,5 миллиардов лет назад. Эти «запасы питания» могут объяснить, каким образом сверхмассивные черные дыры смогли вырасти столь быстро за период истории Вселенной, известный под названием «Космический рассвет». Об исследовании рассказывает пресс-релиз ESO.
«Мы теперь можем впервые продемонстрировать, что первичные галактики действительно имели достаточное количество "питания" в своих окрестностях, чтобы поддерживать как рост сверхмассивных черных дыр, так и интенсивное звездообразование, — говорит руководитель исследования Эмануэле Паоло Фарина (Emanuele Paolo Farina) из Института астрономии Общества Макса Планка. — Это фундаментальный вклад в составление сложной мозаики формирования космических структур более 12 миллиардов лет назад».
Астрономы в течение долгого времени пытаются понять, как сверхмассивные черные дыры смогли вырасти до столь больших масс (равных нескольким миллиардам масс Солнца) в столь ранний период истории Вселенной. Ведь это означает, что первые черные дыры, которые могли образоваться при коллапсе первых звезд, должны были вырасти очень быстро. Но до этих пор астрономы так и не находили питательной среды черных дыр — газа и пыли — в количествах достаточно больших, чтобы объяснить такой быстрый рост. Еще больше усложняло картину то, что предыдущие наблюдения с Атакамской Большой миллиметровой и субмиллиметровой антенной решеткой ALMA выявили в ранних галактиках большие количества пыли и газа, которые поддерживали быстрое звездообразование. Эти наблюдения на ALMA заставляли предполагать, что для «питания» черных дыр вещества оставалось мало.
Чтобы разгадать эту загадку, Фарина и его коллеги использовали приемник MUSE на Очень Большом Телескопе ESO в чилийской пустыне Атакама для исследования квазаров — крайне ярких объектов, энерговыделение которых обеспечивается сверхмассивными черными дырами в центрах массивных галактик. Была исследована выборка из 31 квазара, видимого на расстоянии, которое соответствует их видимому возрасту более 12,5 миллиардов лет назад, в период, когда новорожденной Вселенной было всего примерно 870 миллионов лет. Это одна из крупнейших наблюдавшихся выборок квазаров в столь раннюю эпоху существования Вселенной.
Астрономы обнаружили, что 12 квазаров окружены гигантскими скоплениями газа — гало из холодного плотного газообразного водорода, простирающимися на 100 000 световых лет от центральных черных дыр и с массами в миллиарды масс Солнца. Группа, в которую входили исследователи из Германии, США, Италии и Чили, обнаружила также, что эти газовые гало тесно связаны с галактиками, обеспечивая, таким образом, прекрасный источник «питания», необходимый как для роста сверхмассивных черных дыр, так и для бурного звездообразования.
Исследование во многом обязано своим успехом высокой чувствительности спектроскопического приемника MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer), установленного на телескопе ESO VLT, который Фарина назвал прорывным в исследованиях квазаров. «Затрачивая всего по несколько часов на объект, мы смогли проникнуть в окрестности самых массивных и прожорливых черных дыр, существующих в молодой Вселенной», — добавил он. Сами квазары яркие, но газовые резервуары вокруг них наблюдать значительно труднее. Но с MUSE удалось зарегистрировать слабое свечение газообразного водорода в гало, что позволило астрономам наконец обнаружить те самые запасы «питания», которые поглощались сверхмассивными черными дырами в ранней Вселенной.
Результаты исследования опубликованы в The Astrophysical Journal
