Захваљујући изузетно побољшаним могућностима данашњих телескопа, астрономи истражују дубље у космосу и још више у прошлости. Радећи то, били су у стању да се позабаве неким дугогодишњим мистеријама о томе како се Универзум развијао од Великог праска. Једна од тих мистерија је и како супермасивне црне рупе (СМБХ), које играју пресудну улогу у еволуцији галаксија, формираних током раног Универзума.
Користећи ЕСО-ов веома велики телескоп (ВЛТ) у Чилеу, међународни тим астронома посматрао је галаксије како су се оне појавиле око 1,5 милијарди година након Великог праска (пре око 12,5 милијарди година). Изненађујуће су приметили велика резервоара хладног водоника који би могли да обезбеде довољан „извор хране“ за СМБХ. Ови резултати би могли објаснити како СМБХ расту тако брзо током периода познатог као Козмичка зора.
Тим су водили др. Емануеле Паоло Фарина са Института за астрономију Мака Планка (МПИА) и Института Мак Планцк за астрофизику (МПА). Њему су се придружили истраживачи и из МПИА и МПА, Европског јужног опсерваторија (ЕСО), УЦ Санта Барбара, Астрофизичког опсерваторија Арцетри, Опсерваторија за астрофизику и свемирску науку из Болоње и Института Мак Планцк за ванземаљску физику (МПЕП).
Десетљећима су астрономи проучавали СМБХ, који постоје у језгру већине галаксија, а идентификовани су по њиховом Активном галатском нуклеусу (АГН). Ова језгра, која су такође позната као квазари, могу да емитују више енергије и светлости у односу на остале звезде у галаксији заједно. До данас је најудаљенији опажени УЛАС Ј1342 + 0928 који је удаљен 13,1 милијарди светлосних година.
С обзиром на то да се прве звезде процењују да су настале тек 100.000 година после Великог праска (пре око 13,8 милијарди година), то значи да су СМБХ морале брзо да се формирају од првих звезда које су умрле. До сада, астрономи нису пронашли прашину и гас у довољно великим количинама током раног Универзума да објасне овај брзи раст.
Поред тога, претходна запажања вођена Атацама великим милиметарским / субмилиметарским низом (АЛМА) открила су да су ране галаксије садржавале пуно прашине и гаса, што је подстакло брзо стварање звезда. Ови налази показали су да не би остало много материјала за храњење црних рупа, што је само продубило мистерију како они тако брзо расту.
Да би се позабавили овим проблемом, Фарина и његове колеге ослањали су се на податке прикупљене инструментом ВЛТ-овог мулти јединице за спектроскопски преглед (МУСЕ) да би прегледали 31 квазар на удаљености од око 12,5 милијарди светлосних година (посматрајући тако како су изгледали пре 12,5 милијарди година). Ово чини њихово истраживање једним од највећих узорака квазара из овог раног периода Универзума. Пронашли су 12 продужених и изненађујуће густих облака водоника.
Ови водонични облаци идентификовани су по карактеристичном сјају на УВ светлу. С обзиром на растојање и ефекат црвеног померања (где се таласна дужина светлости растеже због космичког ширења), земаљски телескопи доживљавају сјај као црвено светло. Као што је Фарина објаснила у изјави за МПИА:
“Највероватније објашњење сјајног гаса је механизам флуоресценције. Водоник претвара енергетски богато зрачење квазара у светлост специфичне таласне дужине, што се приметно види.”
Облаци хладног, густог водоника - који су били неколико милијарди пута већи од Сунчеве масе - формирали су халоге око раних галаксија које су се простирале на 100.000 светлосних година од централних црних рупа. Обично је детектовање таквих облака око квазара (који су интензивно светли) прилично тешко. Али захваљујући осетљивости инструмента МУСЕ - који је Фарина описала као "промену игре" - тим их је пронашао прилично брзо.
Како је рекла Алисса Драке, истраживачица из МПИА-е која је такође допринела истраживању:
“Са тренутним студијама тек почињемо са истраживањем како су се прве супермасивне црне рупе могле тако брзо развијати. Али нови инструменти попут МУСЕ и будућег свемирског телескопа Јамес Вебб помажу нам да решимо ове узбудљиве загонетке.”
Тим је открио да су ови гасни ореоли чврсто везани за галаксије, пружајући савршен „извор хране“ за одржавање брзог формирања звезда и раста супермасивних црних рупа. Ова запажања ефикасно разрешавају мистерију како супермасивне црне рупе могу постојати тако рано у историји Универзума. Као што Фарина резимира:
“Сада смо у стању да по први пут покажемо да примордијалне галаксије имају довољно хране у свом окружењу да подрже раст супермасивних црних рупа и снажно стварање звезда. Ово додаје основни део слагалице коју астрономи граде како би приказали како су космичке структуре настале пре више од 12 милијарди година.”
У будућности ће астрономи имати још софистицираније инструменте помоћу којих ће проучавати галаксије и СМБХ у раном Универзуму, који би требали открити још више детаља о древним облацима гаса. Ово укључује ЕСО-ов екстремно велики телескоп (ЕЛТ), као и свемирске телескопе попут Јамес Вебб Спаце Телесцопе (ЈВСТ).
Студија која описује налазе тима појавила се у броју за 20. децембар Тхе Астропхисицал Јоурнал.
