Astronomowie odkryli szybko rosnącą czarną dziurę w jednej z najbardziej ekstremalnych galaktyk znanych w bardzo wczesnym Wszechświecie. Odkrycie galaktyki i czarnej dziury w jej centrum dostarcza nowych wskazówek na temat powstawania pierwszych supermasywnych czarnych dziur.
Wykorzystując obserwacje wykonane za pomocą sieci Atacama Large Millimeter Array (ALMA), zespół ustalił, że galaktyka COS-87259, zawierająca nową supermasywną czarną dziurę jest bardzo wyjątkowa, gdyż tworzy gwiazdy w tempie 1000 razy większym niż nasza Droga Mleczna i zawiera pył międzygwiazdowy o masie ponad miliarda mas Słońca. Galaktyka świeci jasno zarówno z powodu tego intensywnego rozbłysku gwiazdotwórczego, jak i rosnącej supermasywnej czarnej dziury w swoim centrum.
Czarna dziura jest uważana za nowy typ pierwotnej czarnej dziury – takiej, która jest silnie otoczona pyłem kosmicznym, co powoduje, że prawie całe jej światło emitowane jest w średnim zakresie podczerwieni widma elektromagnetycznego. Naukowcy odkryli również, że ta rosnąca supermasywna czarna dziura (często nazywana aktywnym jądrem galaktycznym) generuje silny strumień materii, poruszający się z prędkością bliską prędkości światła przez macierzystą galaktykę.
Obecnie czarne dziury o masach milionów do miliardów razy większych od masy naszego Słońca znajdują się w centrum niemal każdej galaktyki. To, w jaki sposób powstały te supermasywne czarne dziury, pozostaje wciąż zagadką, zwłaszcza że kilka takich obiektów znaleziono "w epoce", gdy Wszechświat był bardzo młody. Ponieważ światło z tych źródeł dociera do nas tak długo, widzimy je takimi, jakie istniały w przeszłości; w tym przypadku zaledwie 750 milionów lat po Wielkim Wybuchu, co stanowi około 5% obecnego wieku Wszechświata.
Szczególnie zdumiewające w tym nowym obiekcie jest to, że został zidentyfikowany na stosunkowo niewielkim skrawku nieba, zwykle wykorzystywanym do wykrywania podobnych obiektów – mniej niż 10 razy większych od Księżyca w pełni – co sugeruje, że we wczesnym Wszechświecie mogą istnieć tysiące podobnych źródeł. Było to zupełnie nieoczekiwane w stosunku do poprzednich danych.
Jedyną inną klasą supermasywnych czarnych dziur, o której obecności we wczesnym Wszechświecie wiedzieliśmy, są kwazary, czyli aktywne czarne dziury stosunkowo mało widoczne przez kosmiczny pył. Kwazary te są rzadkie na odległościach podobnych do COS-87259, a tylko kilkadziesiąt znajduje się na całym niebie. Zaskakujące odkrycie COS-87259 i jej czarnej dziury rodzi kilka pytań dotyczących obfitości bardzo wczesnych supermasywnych czarnych dziur, a także rodzajów galaktyk, w których zazwyczaj one powstają.
Ryan Endsley, główny autor artykułu, powiedział: Wyniki te sugerują, że bardzo wczesne supermasywne czarne dziury były często mocno przesłonięte przez pył, być może w wyniku intensywnej aktywności gwiazdotwórczej w ich galaktykach macierzystych. Jest to coś, co inni przewidywali już od kilku lat i naprawdę miło jest zobaczyć pierwsze bezpośrednie dowody obserwacyjne potwierdzające ten scenariusz.
Podobne obiekty zostały też znalezione w bardziej lokalnym, obecnym Wszechświecie, tak jak widoczny na zdjęciu Arp 299. W tym układzie dwie galaktyki zderzają się ze sobą, generując intensywny wybuch gwiazdowy, jak również silne przesłonięcie rosnącej supermasywnej czarnej dziury w jednej z galaktyk.
Chociaż nikt nie spodziewał się znaleźć tego rodzaju obiekt w bardzo wczesnym Wszechświecie, jego odkrycie stanowi ważny krok w kierunku znacznie lepszego zrozumienia, w jaki sposób czarne dziury o masie miliarda mas Słońca mogły uformować się na tak wczesnym etapie życia Wszechświata, a także jak po raz pierwszy wyewoluowały najmasywniejsze galaktyki – dodaje Endsley.
Więcej informacji:
- New discovery sheds light on very early supermassive black holes
- ALMA confirmation of an obscured hyperluminous radio-loud AGN at z = 6.853 associated with a dusty starburst in the 1.5 deg2 COSMOS field
Źródło: RAS
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Na ilustracji: Układ składający się z galaktyk IC 694 i NGC 3690, które minęły się w bliskiej odległości około 700 milionów lat temu. W wyniku tej interakcji w układzie nastąpił gwałtowny rozbłysk gwiazdotwórczy. W ciągu ostatnich 15 lat w zewnętrznych częściach galaktyki wybuchło sześć supernowych, co czyni ten układ wyróżniającą się fabryką supernowych. Źródło: NASA, ESA, zespół Hubble Heritage (STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration oraz A. Evans (University of Virginia, Charlottesville/NRAO/Stony Brook University)