Uważa się, że powstawanie i rozwój większości galaktyk w historii Wszechświata był napędzany przez czarne dziury zagnieżdżone w ich jądrach. Rosną one wraz ze swoimi galaktykami macierzystymi, kiedy gromadzą materię, by osiągnąć miliony mas Słońca. Badanie wczesnych etapów tych ekstremalnych obiektów należy do misji przyszłych potężnych teleskopów – ale jaka będzie nagroda w polowaniu?
Naukowcy z portugalskiego Instituto Astrofísica e Ciências do Espaço (IA) przedstawili nowe i wyczerpujące oszacowanie liczby bardzo młodych galaktyk z aktywną supermasywną czarną dziurą w jądrze, które powinny istnieć, gdy Wszechświat miał mniej niż 7% obecnego wieku, i które są w zasięgu przyszłych radioteleskopów i teleskopów wykorzystujących promieniowanie X.
Wyniki mogą wskazywać najskuteczniejsze plany obserwacyjne dla przyszłego radioteleskopu Square Kilometre Array (SKA) i obserwatorium kosmicznego promieniowania X – Athena. Obydwa obserwatoria zostaną wykorzystane do zagłębienia się w ten sam okres w historii Wszechświata, który studiowali badacze z IA.
Autorzy idą drogą wytyczoną wcześniej przez innych badaczy (wykorzystanie promieniowania rentgenowskiego i części widzialnej) – i dodają prognozy dla obserwacji radiowych i rentgenowskich oraz dla bardziej odległego Wszechświata. Promieniowanie X jest wytwarzane przez bardzo gorącą materię, która porusza się niezwykle szybko, gdy opada na czarną dziurę, a sygnały galaktyczne są skierowane w stronę Ziemi. Z drugiej strony emisja radiowa często zwielokrotnia sygnały galaktyki obserwowanej na krawędzi, jest generowana przez potężne strumienie cząstek wyrzucane z dala od czarnej dziury i oddziałuje z gazem poza galaktyką.
Korzystając z ośmiu modeli obliczeniowych opracowanych przez inne zespoły i uwzględniając to, co wiemy obecnie o ewolucji galaktyk, naukowcy przewidzieli na przykład, że na obszarze nieba wielkości Księżyca w pełni Athena będzie w stanie wykryć promieniowanie X z około 2500 supermasywnych czarnych dziur w jądrach bardzo młodych galaktyk we wczesnym Wszechświecie. Wyniki sugerują, że emisja radiowa będzie mniej obfita w tych wczesnych wiekach, ale potężne teleskopy, takie jak SKA, nadal będą w stanie zidentyfikować dziesiątki tych źródeł na tych samym obszarze nieba.
Modele obliczeniowe zostały opracowane i dopracowane z wykorzystaniem tego, co obserwujemy w środowiskach, w których galaktyki ewoluują w pobliskim Wszechświecie. Jednym z ograniczeń modeli, o którym świadczy to badanie, jest ich słaba zdolność do przewidzenia kilku bardzo jasnych, aktywnych jąder galaktycznych, o których wiadomo, że istnieją w odległych epokach. Zwiększenie rozmiaru symulacji – i zasobów obliczeniowych – jest konieczne, aby przezwyciężyć to ograniczenie i właściwie zrozumieć, jak pojawiły się i ewoluowały pierwsze galaktyki i supermasywne czarne dziury.
Więcej:
Forecasting the hunt for the first supermassive black holes
Źródło: IA
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Na zdjęciu: Symulacja komputerowa tworzenia protogromady galaktyk. Źródło: TNG Collaboration
