Dėl labai patobulintų šių dienų teleskopų galimybių astronomai ieškojo savo žvilgsnio giliau į kosmosą ir atgal. Tai darydami, jie sugebėjo išspręsti keletą senų paslapčių, kaip Visata vystėsi po Didžiojo sprogimo. Viena iš šių paslapčių yra tai, kaip ankstyvosios Visatos metu susidarė supermasyviosios juodosios skylės (SMBH), kurios vaidina lemiamą vaidmenį galaktikų evoliucijoje.
Pasinaudodama ESO labai dideliu teleskopu (VLT) Čilėje, tarptautinė astronomų komanda stebėjo galaktikas, kaip jos atsirado maždaug po 1,5 milijardo metų po Didžiojo sprogimo (maždaug prieš 12,5 milijardo metų). Keista, bet jie pastebėjo didelius vėsių vandenilio dujų rezervuarus, kurie galėjo suteikti pakankamą „maisto šaltinį“ SMBH. Šie rezultatai galėtų paaiškinti, kaip SMBH augo taip greitai, kaip Kosminė aušra.
Komandai vadovavo dr. Emanuele Paolo Farina iš Makso Planko astronomijos instituto (MPIA) ir Makso Plancko astrofizikos instituto (MPA). Prie jo prisijungė tiek MPIA, tiek MPA, Europos pietų observatorijos (ESO), UC Santa Barbaros, Arcetri astrofizikos observatorijos, Bolonijos astrofizikos ir kosmoso mokslo observatorijos ir Makso Plancko nežemiškos fizikos instituto (MPEP) tyrėjai.
Dešimtmečius astronomai tyrinėjo SMBH, kurie egzistuoja daugumos galaktikų branduolyje ir yra identifikuojami pagal jų aktyvųjį galaktikos branduolį (AGN). Šie branduoliai, kurie dar vadinami kvazarais, gali skleisti daugiau energijos ir šviesos nei likusios žvaigždės galaktikoje kartu sudėjus. Iki šiol labiausiai stebimas ULAS J1342 + 0928, esantis 13,1 milijardo šviesmečių atstumu.
Atsižvelgiant į tai, kad pirmosios žvaigždės susiformavo praėjus vos 100 000 metų po Didžiojo sprogimo (maždaug prieš 13,8 milijardo metų), tai reiškia, kad SMBH turėjo greitai susiformuoti nuo pirmųjų žvaigždžių mirties. Vis dėlto iki šiol astronomai ankstyvosios Visatos metu nerado pakankamai didelių dulkių ir dujų, kad paaiškintų šį greitą augimą.
Be to, ankstesni stebėjimai, atlikti naudojant „Atacama Large Millimeter / submillimeter Array“ (ALMA), parodė, kad ankstyvosiose galaktikose buvo daug dulkių ir dujų, kurios skatino greitą žvaigždžių formavimąsi. Šie radiniai parodė, kad juodosioms skylėms papildyti nebuvo likę daug medžiagos, o tai tik gilino paslaptį, kaip jos taip greitai augo.
Norėdami tai išspręsti, Farina ir jo kolegos rėmėsi duomenimis, kuriuos surinko VLT daugiapakopis spektroskopinis tyrinėtojas (MUSE), kad apžiūrėtų 31 kvazarą maždaug 12,5 milijardo šviesos metų atstumu (taip stebėdami, kokie jie atrodė prieš 12,5 milijardo metų). Tai daro jų tyrimą vienu didžiausių kvazarų pavyzdžių iš šio ankstyvojo Visatos periodo. Tai, ką jie rado, buvo 12 prailgintų ir stebėtinai tankių vandenilio debesų.
Šie vandenilio debesys buvo atpažįstami pagal jiems būdingą ultravioletinių spindulių švytėjimą. Atsižvelgiant į atstumą ir raudonojo poslinkio poveikį (kai šviesos bangos ilgis yra ištemptas dėl kosminio išsiplėtimo), žemės paviršiaus teleskopai suvokia švytėjimą kaip raudoną šviesą. Kaip Farina paaiškino MPIA pranešime spaudai:
“Labiausiai tikėtinas šviečiančių dujų paaiškinimas yra fluorescencijos mechanizmas. Vandenilis energetinės kvazaro spinduliuotę paverčia šviesa, kurios bangos ilgis yra specifinis, o tai pastebima žvilgsniu.”
Vėsiojo, tankaus vandenilio debesys, kurie kelis milijardus kartų viršijo Saulės masę, aplink ankstyvasias galaktikas sudarė halus, išsikišusius 100 000 šviesmečių atstumu nuo centrinių juodųjų skylių. Paprastai aptikti tokius debesis aplink kvazarus (kurie yra ryškiai ryškūs) yra gana sunku. Tačiau dėka MUSE instrumento, kurį Farina apibūdino kaip „žaidimo keitiklį“, jautrumo, komanda juos surado gana greitai.
Kaip sakė MPIA tyrėja Alyssa Drake, kuri taip pat prisidėjo prie šio tyrimo:
“Dabartiniais tyrimais mes tik pradedame tirti, kaip pirmosios spėjamos supermasyviosios juodosios skylės galėjo taip greitai išsivystyti. Nauji instrumentai, tokie kaip MUSE ir būsimasis Džeimso Webbo kosminis teleskopas, padeda mums išspręsti šiuos jaudinančius galvosūkius.”
Komanda nustatė, kad šie halogenai buvo sandariai sujungti su galaktikomis, užtikrinant puikų „maisto šaltinį“ ir palaikant greitą žvaigždžių formavimąsi, ir supermasyvių juodųjų skylių augimą. Šie stebėjimai efektyviai išsprendžia paslaptį, kaip supermamos juodosios skylės galėjo egzistuoti taip anksti Visatos istorijoje. Kaip Farina apibendrina:
“Dabar pirmą kartą galime parodyti, kad pirmapradės galaktikos savo aplinkoje turi pakankamai maisto, kad galėtų išlaikyti supermasyvių juodųjų skylių augimą ir energingą žvaigždžių formavimąsi. Tai prideda pagrindinį įspūdį, kurį stato astronomai, norėdami pavaizduoti, kaip kosminės struktūros susiformavo daugiau nei prieš 12 milijardų metų.”
Ateityje astronomai turės dar sudėtingesnius instrumentus, skirtus tyrinėti galaktikas ir SMBH ankstyvojoje Visatoje, kurie turėtų atskleisti dar daugiau informacijos apie senovės dujų debesis. Tai apima ESO ypač didelį teleskopą (ELT), taip pat kosminius teleskopus, tokius kaip Džeimso Webo kosminis teleskopas (JWST).
Tyrimas, kuriame aprašomos komandos išvados, pasirodė gruodžio 20 d. Numeryje Astrofizinis žurnalas.
