Dzięki instrumentowi GRAVITY zespół astronomów określił masę czarnej dziury w galaktyce zaledwie 2 miliardy lat po Wielkim Wybuchu. Mająca masę 300 milionów mas Słońca czarna dziura jest w rzeczywistości zbyt mało masywna w porównaniu do masy swojej galaktyki macierzystej. Naukowcy podejrzewają, co się tam dzieje.
W badaniach lokalnego Wszechświata astronomowie odkryli ścisłe powiązania między właściwościami galaktyk a masą supermasywnych czarnych dziur znajdujących się w ich jądrach, co sugeruje, że galaktyki i czarne dziury ewoluują wspólnie. Aby przetestować to powiązanie we wczesnych okresach kosmicznych, konieczne byłoby zbadanie tych odległych galaktyk. Jednak tradycyjne bezpośrednie metody pomiaru masy czarnych dziur w tych galaktykach są albo niemożliwe, albo bardzo trudne. Mimo że te galaktyki często świecą bardzo jasno (zostały nazwane kwazarami, gdy je odkryto w latach 50. XX wieku), są one tak odległe, że nie można ich dostrzec za pomocą większości teleskopów.
W 2018 roku dokonaliśmy pierwszych przełomowych pomiarów masy czarnej dziury kwazara za pomocą GRAVITY – powiedział Taro Shimizu, pracownik naukowy Instytutu Fizyki Pozaziemskiej Maxa Plancka. Jednak ten kwazar był umiejscowiony bardzo blisko. Teraz udało nam się dotrzeć aż do przesunięcia ku czerwieni 2.3, co odpowiada czasowi retrospektywnemu 11 miliardów lat. GRAVITY+ otwiera teraz nowy i precyzyjny sposób badania wzrostu czarnych dziur w tej kluczowej epoce, często nazywanej „kosmicznym południem”, kiedy zarówno czarne dziury, jak i galaktyki gwałtownie rosły.
To naprawdę kolejna rewolucja w astronomii – możemy teraz uzyskać obrazy czarnych dziur we wczesnym Wszechświecie, 40 razy ostrzejsze niż jest to możliwe za pomocą teleskopu Jamesa Webba – zauważył Frank Eisenhauer, dyrektor w Instytucie Fizyki Pozaziemskiej Maxa Plancka, który kieruje grupą opracowującą instrumenty GRAVITY i ulepszenia GRAVITY+. GRAVITY łączy interferometrycznie wszystkie cztery 8-metrowe teleskopy Bardzo Dużego Teleskopu, tworząc zasadniczo jeden olbrzymi wirtualny teleskop o średnicy 130 metrów.
Zespół był w stanie przestrzennie określić ruch obłoków gazu wokół centralnej czarnej dziury galaktyki o nazwie SDSS J092034.17+065718.0, podczas ich rotacji w grubym dysku. Pozwala to na bezpośredni pomiar masy czarnej dziury. Masa czarnej dziury wynosząca 320 milionów mas Słońca okazuje się być w rzeczywistości niedowagą w porównaniu do jej galaktyki macierzystej, która ma masę około 60 miliardów mas Słońca. Sugeruje to, że galaktyka macierzysta rosła szybciej niż supermasywna czarna dziura, co wskazuje na opóźnienie między wzrostem galaktyki i czarnej dziury w niektórych układach.
Jinyi Shangguan, uczony z tej samej grupy badawczej, zauważył, że prawdopodobnym scenariuszem ewolucji tej galaktyki jest silne sprzężenie zwrotne supernowej. W ramach tego procesu gwiezdne eksplozje wyrzucają gaz z centralnych regionów, zanim dotrze on do czarnej dziury w centrum galaktyki. Wyjaśnił również, że czarna dziura może rozpocząć szybki wzrost, doganiając ogólny rozwój galaktyki, gdy ta staje się wystarczająco masywna, by zatrzymać rezerwuar gazu w swoich centralnych obszarach, nawet w przypadku sprzężenia zwrotnego z supernowej. Aby ustalić, czy ten scenariusz stanowi również dominujący tryb koewolucji innych galaktyk i ich centralnych czarnych dziur, zespół będzie kontynuował badania, wykonując bardziej precyzyjne pomiary masy czarnych dziur we wczesnym Wszechświecie.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
Źródło: MPG
Na ilustracji: Wizja artystyczna kwazara, którego rdzeń został dosłownie wprawiony w ruch we wczesnym Wszechświecie. Źródło: ESO/M. Kornmesser
