Вітри чорних дір уже не такі, як колись

Протягом перших мільярдів років існування Всесвіту вітри, що дмуть від надмасивних чорних дір у центрах галактик, були набагато частішими та потужнішими, ніж ті, що спостерігаються в сучасних галактиках, приблизно через 13 мільярдів років. Ті вітри були настільки потужними, що сповільнювали зростання надмасивних чорних дір, від яких вони походили.

Такими є результати дослідження під керівництвом трьох вчених з Італійського національного інституту астрофізики (INAF) у Трієсті, опубліковані на днях в журналі Nature.

Робота ґрунтується на спостереженнях 30 квазарів, отриманих за допомогою Дуже великого телескопа (VLT) у Паранальській обсерваторії у Чилі.

Квазари – це надзвичайно яскраві точкові джерела в ядрах далеких галактик, випромінювання яких виникає через інтенсивну активність центральних надмасивних чорних дір, що всмоктують навколишню матерію. Галактики-господарі цих квазарів спостерігалися під час космічного світанку, коли вік Всесвіту становив від 500 мільйонів до 1 мільярда років.

"Вперше ми виміряли частку квазарів у молодому Всесвіті, які демонструють вітри чорних дір", - каже Мануела Бішетті, наукова співробітниця INAF у Трієсті та перший автор нового дослідження. "На відміну від того, що ми спостерігаємо в ближчому до нас Всесвіті, ми виявили, що вітри чорних дір у молодому Всесвіті зустрічаються дуже часто, мають високу швидкість, що досягає 17 відсотків від швидкості світла, і вкидають велику кількість енергії в галактику-господаря".

Близько половини квазарів, що спостерігаються в цьому дослідженні, демонструють вітри чорних дір, що набагато частіше зустрічаються та у 20 разів потужніші, ніж ті, які відомі у квазарах ближчого космосу, коли вік Всесвіту складав приблизно 4 мільярдів років.

"Спостереження за чорними дірами у молодому Всесвіті показують, що вони ростуть набагато швидше, ніж їхні галактики-господарі, тоді як у локальному Всесвіті чорні діри та галактики коеволюціонують", - додає співавторка дослідження Кьяра Ферульо, співробітник INAF. "Це означає, що в якийсь момент у Всесвіті повинен був спрацювати механізм, що уповільнює зростання чорних дір. Наші спостереження дозволили нам ідентифікувати цей механізм у вітрах чорних дір, що вироблилися, коли вік Всесвіту становив 0,5-1 мільярд років".

Таким чином, енергія, що виділяється вітрами, могла зупинити подальшу акрецію матерії на чорну діру, уповільнити її зростання та започаткувати фазу "загальної еволюції" між чорною дірою та галактикою, що її містить.

"Це дослідження дозволило нам визначити епоху в історії Всесвіту, коли вплив вітрів чорних дір став значним", - додає Бішетті. "Це дуже впливає на наші знання про початкові фази зростання чорних дір та їх галактик-господарів, встановлюючи сильні обмеження на моделі, що описують формування перших галактик".

Цілком несподіване відкриття стало можливим завдяки високоякісним даним, отриманим за допомогою приладу Xshooter, встановленого на VLT в рамках великої програми Європейської південної обсерваторії, що включає близько 250 годин спостережень.

"Квазари - одні з найяскравіших об′єктів, що спостерігаються в ранньому Всесвіті, але через свою відстань вони досить тьмяні з точки зору спостережуваної величини", - пояснює співавторка роботи Валентина Д′Одоріко з INAF, співробітниця Scuola Normale Superiore (SNS) у Пізі та очільниця програми спостережень, на якій засновано дослідження. "Великі витрати часу на спостереження цих об′єктів та унікальні можливості X-shooter у плані ефективності, охоплення довжин хвиль і роздільна здатність дозволили нам отримати спектри дуже гарної якості, що уможливило цей цікавий результат".

"У нас вже кілька років є підстави вважати, що чорні діри в мільярд разів масивніші за Сонце... можуть запускати потужні вітри, що несуться зі швидкістю, рівною 20% від швидкості світла, у своє оточення", - додає Андреа Феррара, професор Scuola Normale Superiore та співавтор дослідження. "Сьогодні у нас є підтвердження цьому завдяки даним, отриманим за допомогою європейського телескопа командою з сильним італійським відбитком та лідерством. SNS зробила свій внесок у теоретичну інтерпретацію. Відкриття цих разючих галактичних вітрів у такі віддалені часи могло мати величезні та поки що не вивчені наслідки для народження та еволюції галактик, подібних до нашої. Ми розв′язуватимемо ці питання в ході продовження цього дослідження".

Програма спочатку не призначалася для цієї наукової мети, а вивчала переважно міжгалактичний газ у ранньому Всесвіті. З інформації, отриманої від найближчих квазарів, вважалося, що такі вітри зустрічаються рідко. "На щастя, ми говорили, що оскільки ці особливості ускладнюють реконструкцію власного випромінювання квазара, вони були небажаними для астрономів нашої колаборації, які вивчають міжгалактичне середовище вздовж лінії візування", - каже Д′Одоріко. "Несподівано ми виявили, що ці вітри дуже поширені у молодому Всесвіті, що ускладнило наш аналіз, але дало нам можливість виявити дуже важливий результат".

! Читайте ще цікаві новини про космос на сайті, або слідкуйте за ними на Facebook.