У последњих неколико деценија, астрономи су могли да погледају даље у Универзум (па и уназад у време), скоро до самих почетака Универзума. Радећи то, научили су много о неким најранијим галаксијама у Универзуму и њиховој каснијој еволуцији. Међутим, још увек постоје неке ствари које су и даље ван граница, као на пример када су се галаксије са супермасивим црним рупама (СМБХ) и масивним млазницама први пут појавиле.
Према недавним истраживањима Међународне школе за напредне студије (СИССА) и тима астронома из Јапана и Тајвана пружају нови увид у то како су супермасивне црне рупе почеле да се формирају само 800 милиона година после Великог праска, а релативистички млазови мање од 2 милијарде година после. Ови резултати део су све већег случаја који показује како су се масивни предмети у нашем Универзуму формирали пре него што смо мислили.
Астрономи за СМБХ знају већ више од пола века. Временом су схватили да их већина масивних галаксија (укључујући Млечни пут) имају у својим језграма. Улога коју играју у еволуцији галаксија такође је била предметом проучавања, а савремени астрономи су закључили да су оне директно повезане са брзином формирања звезда у галаксијама.
Слично томе, астрономи су открили да СМБХ-и имају уске дискове за акредитацију где се гас и прашина убрзавају до брзине светлости. То узрокује да центар неких галаксија постане толико сјајан - оно што је познато и као активна галактичка језгра (АГНс) - да прекривају звезде у својим дисковима. У неким случајевима ови дискови за акретовање доводе и до млаза врућег материјала који се могу видети милионима светлосних година.
Према конвенционалним моделима, галаксије нису имале довољно времена за развој централних црних рупа када је Универзум био стар мање од милијарду година (пре око 13 милијарди година). Међутим, недавна запажања показују да су се црне рупе у то време већ формирале у центру галаксија. Бавећи се тим, тим научника из СИССА предложио је нови модел који нуди могуће објашњење.
За њихову студију, коју је водио Лумен Боцо - доктор наука. студент са Института за фундаменталну физику свемира (ИФПУ) - тим је започео с познатом чињеницом да СМБХ расту у централним регионима раних галаксија. Ови предмети, данас потомци елиптичних галаксија, имали су веома високу концентрацију гаса и изузетно интензивну брзину формирања нових звезда.
Прве генерације звезда у овим галаксијама биле су краткотрајне и брзо су се развиле у црне рупе које су биле релативно мале, али значајне по броју. Густи гас који их је окруживао довео је до значајног динамичког трења и узроковао да се брзо мигрирају у средиште галаксије. Овде су се спојили како би створили семе супермасивих црних рупа - које су временом полако расле.
Као што је истраживачки тим објаснио у недавном саопштењу за СИСС:
„Према класичним теоријама, супермасивна црна рупа расте у центру галаксије која заробљава околну материју, углавном гас,„ расте “на себи и коначно је прождре у ритму који је пропорционалан њеној маси. Из тог разлога, током почетних фаза његовог развоја, када је маса црне рупе мала, раст је врло спор. У мери у којој би, према прорачунима, за достизање опажене масе, милијарду пута већу од Сунца, било би потребно веома дуго време, чак и веће од старости младог Универзума. "
Међутим, оригинални математички модел који су развили показао је да би процес формирања централних црних рупа могао бити веома брз у својим почетним фазама. Ово не само да нуди објашњење постојања семенки СМБХ у раном Универзуму, већ и усклађује време њиховог раста са познатим временом Универзума.
Укратко, њихова студија је показала да процес миграције и спајања раних црних рупа може довести до стварања СМБХ семена од 10.000 до 100.000 соларних маса у само 50-100 милиона година. Како је тим објаснио:
„[Т] раст средишње црне рупе према горе поменутој директној акумулацији гаса, предвиђеној стандардном теоријом, постаће веома брз, јер ће количина гаса коју успе да привуче и апсорбирати постати огромна и преовлађивати процес који предлажемо. Ипак, управо чињеница да полазимо од тако великог семена како је предвиђао наш механизам убрзава глобални раст супермасивне црне рупе и омогућава њено формирање, такође у Младом универзуму. Укратко, у светлу ове теорије, можемо констатовати да су 800 милиона година после Великог праска, супермасивне црне рупе већ могле да населе космос. "
Поред предлагања радног модела за посматрано семе СМБХ, тим је такође предложио метод за његово тестирање. С једне стране, постоје гравитациони таласи које би та спајања изазвала, а који би се могли препознати коришћењем гравитационих детектора таласа као што су Адванцед ЛИГО / Вирго и који су карактеристични за будући Еинстеин телескоп.
Поред тога, наредне фазе развоја СМБХ-а нешто су што би могле истражити мисије попут ЕСА-ине ласерске интерферометрске свемирске антене (ЛИСА), која би се требала лансирати око 2034. У сличном смислу, други тим астронома недавно је користио Атацаму Велики милиметар / субмилиметарски низ (АЛМА) за решавање још једне мистерије о галаксијама, због чега неки имају млазнице, а други не.
Ови брзи токови јонизоване материје који путују релативистичким брзинама (делић брзине светлости) примећени су из средишта неких галаксија. Ови млазови повезани су са брзином формирања звезда у галаксији због начина на који избацују материју која би се у противном срушила у нове звезде. Другим речима, ови млазови играју улогу у еволуцији галаксија, слично као СМБХ.
Из тог разлога, астрономи су желели да науче више о томе како су млазови црних рупа и гасовити облаци током времена међусобно деловали. Нажалост, било је тешко посматрати овакве интеракције током раног Универзума. Користећи велики милиметар / субмилиметарски низ Атацама (АЛМА), тим астронома успео је да добије прву решену слику узнемирених гасовитих облака који потичу из веома удаљеног квазара.
Студија која описује њихова открића, коју је водио проф. Каики Таро Иноуе са Универзитета у Киндаиу, недавно се појавила у Астропхисицал Јоурнал Леттерс. Како су објаснили Иноуе и његове колеге, подаци АЛМА открили су младе биполарне млазнице које потичу из МГ Ј0414 + 0534, квазара који се налази око 11 милијарди светлосних година од Земље. Ови налази показују да су галаксије са СМБХ и млазницама постојале када је Велики прасак био стар мање од 3 милијарде година.
Поред АЛМА-е, тим се ослањао на технику познату и као гравитационо сочивање, при чему гравитација интервенирајуће галаксије повећава светлост која долази из удаљеног објекта. Захваљујући овом „космичком телескопу“ и високој резолуцији АЛМА, тим је успео да посматра поремећене гасовите облаке око МГ Ј0414 + 0534 и утврди да су их узроковали млади млазови који потичу из СМБХ у центру галаксије.
Као што је Коуицхиро Наканисхи, ванредни професор на Националном астрономском опсерваторију Јапана / СОКЕНДАИ, објаснио у саопштењу за АЛМА:
„Комбинујући овај космички телескоп и АЛМА опажања високе резолуције, добили смо изузетно оштар вид, који је 9.000 пута бољи од људског вида. Овом изузетно високом резолуцијом успели смо да добијемо дистрибуцију и кретање гасовитих облака око млазница избачених из супермасивне црне рупе. "
Ова запажања су такође показала да је на гас утицао праћење правца млазева, узрокујући снажно кретање честица и убрзање до брзине до 600 км / с (370 мпс). Штавише, ти ударни гасовити облаци и сами млазници били су много мање од величине типичне галаксије у овом добу.
Из овога је тим закључио да су сведоци врло ране фазе еволуције млазнице у галаксији МГ Ј0414 + 0534. Ако су тачне, ова запажања су омогућила тиму да сведочи кључном еволутивном процесу у галаксијама током раног Универзума. Као што је Иноуе резимирао:
„МГ Ј0414 + 0534 је одличан пример због младости млазева. Открили смо доказе о значајној интеракцији између млазница и гасовитих облака чак и у врло раној еволуцијској фази млазева. Мислим да ће наше откриће утрти пут ка бољем разумевању еволутивног процеса галаксија у раном Универзуму. “
Заједно, ове студије показују да су се два најмоћнија астрономска појава у Универзуму појавила раније него што се очекивало. Ово откриће такође пружа астрономима прилику да истраже како су се ови феномени развијали током времена, и улогу коју су играли у еволуцији Универзума.
