Per pastaruosius kelis dešimtmečius astronomai sugebėjo pažvelgti į Visatą (o kartu ir atgal), beveik į pačią Visatos pradžią. Tai darydami, jie daug sužinojo apie kai kurias ankstyviausias Visatos galaktikas ir jų vėlesnę evoliuciją. Vis dėlto kai kurie dalykai vis dar yra neperžengiami, pavyzdžiui, kai pirmą kartą pasirodė galaktikos su didžiulėmis juodosiomis skylėmis (SMBH) ir masyviomis purkštukais.
Remiantis naujausiais Tarptautinės pažangių studijų mokyklos (SISSA) ir astronomų komandos iš Japonijos bei Taivano tyrimais, pateikiama nauja įžvalga apie tai, kaip supermasyviosios juodosios skylės pradėjo formuotis praėjus vos 800 milijonų metų po Didžiojo sprogimo, o reliatyvistinės purkštukai - mažiau nei 2 milijardus metų po. Šie rezultatai yra augančio atvejo dalis, parodanti, kaip masyvūs objektai mūsų Visatoje susiformavo anksčiau, nei manėme.
Astronomai apie SMBH žinojo daugiau nei pusę amžiaus. Laikui bėgant jie suprato, kad dauguma masyvių galaktikų (įskaitant Paukščių Taką) turi savo branduolį. Jų vaidmuo galaktikų evoliucijoje taip pat buvo tiriamas. Šiuolaikiniai astronomai padarė išvadą, kad jie yra tiesiogiai susiję su žvaigždžių formavimosi greičiu galaktikose.
Panašiai astronomai nustatė, kad SMBH aplink save turi griežtus įbrėžimo diskus, kur dujos ir dulkės įsibėgėja iki šviesos greičio. Dėl to kai kurių galaktikų centras tampa toks ryškus - kurie yra žinomi kaip aktyvūs galaktikos branduoliai (AGN) -, kad jie pralenkia žvaigždes savo diskuose. Kai kuriais atvejais šie sudedantys diskai taip pat sukelia karštos medžiagos purkštukus, kuriuos galima pamatyti nuo milijardų šviesmečių atstumo.
Remiantis įprastais modeliais, galaktikoms nebuvo pakankamai laiko centrinėms juodosioms skylėms išsivystyti, kai Visata buvo mažiau nei milijardo metų (maždaug prieš 13 milijardų metų). Tačiau naujausi stebėjimai parodė, kad tuo metu galaktikų centre jau susidarė juodosios skylės. Siekdama išspręsti šią problemą, SISSA mokslininkų komanda pasiūlė naują modelį, kuriame pateikiami galimi paaiškinimai.
Jų tyrimui, kuriam vadovavo Lumenas Boco - doktorantas. studentas iš Visatos Fundamentaliosios fizikos instituto (IFPU) - komanda pradėjo nuo visiems gerai žinomo fakto, kad SMBH auga centriniuose ankstyvųjų galaktikų regionuose. Šie objektai, šiandien elipsinių galaktikų palikuonys, turėjo labai didelę dujų koncentraciją ir ypač intensyvų naujų žvaigždžių formavimosi greitį.
Pirmosios žvaigždžių kartos šiose galaktikose buvo trumpalaikės ir greitai išsivystė į juodąsias skylutes, kurios buvo palyginti nedidelės, tačiau reikšmingos. Juos supančios tankios dujos sukėlė didelę dinaminę trintį ir privertė jas greitai migruoti į galaktikos centrą. Čia jie susiliejo, kad sukurtų supermasyvių juodųjų skylių, kurios laikui bėgant lėtai augo, sėklas.
Kaip tyrimo komanda paaiškino naujausiame SISS pranešime spaudai:
„Remiantis klasikinėmis teorijomis, galaktikos centre išauga supermasyvi juodoji skylė, kuri sugauna aplinkines medžiagas, daugiausia dujas,„ augina “save ir, pagaliau, sunaikina ritmą, proporcingą jo masei. Dėl šios priežasties pradiniuose jos vystymosi etapuose, kai juodosios skylės masė yra maža, augimas vyksta labai lėtai. Tiek, kiek, remiantis skaičiavimais, norint pasiekti stebimą masę, milijardus kartų viršijančią Saulę, prireiks labai ilgo laiko, net ilgesnio už jaunosios Visatos amžių. “
Tačiau jų sukurtas originalus matematinis modelis parodė, kad centrinių juodųjų skylių susidarymo procesas pradinėse fazėse gali būti labai spartus. Tai ne tik paaiškina SMBH sėklų egzistavimą ankstyvojoje Visatoje, bet ir suderina jų augimo laiką su žinomu Visatos amžiumi.
Trumpai tariant, jų tyrimas parodė, kad migracijos procesas ir ankstyvųjų juodųjų skylių susiliejimas gali sukelti 10 000–100 000 saulės masės SMBH sėklą vos per 50–100 milijonų metų. Kaip paaiškino komanda:
„Centrinės juodosios skylės augimas pagal minėtą tiesioginį dujų kaupimąsi, numatytą standartinėje teorijoje, taps labai spartus, nes dujų kiekis, kurį pavyks pritraukti ir absorbuoti, taps milžiniškas ir vyrauja mūsų siūlomas procesas. Nepaisant to, būtent tai, kad pradedate nuo tokios didelės sėklos, kokią numatė mūsų mechanizmas, pagreitina supermasyviosios juodosios skylės augimą pasaulyje ir leidžia ją formuoti, taip pat ir Jaunojoje Visatoje. Trumpai tariant, atsižvelgiant į šią teoriją, galime teigti, kad 800 milijonų metų po Didžiojo sprogimo didžiulės juodosios skylės jau galėjo apgyvendinti Kosmosą. “
Be to, kad buvo pasiūlytas stebimų SMBH sėklų darbo modelis, ji taip pat pasiūlė jo tikrinimo metodą. Viena vertus, yra gravitacinių bangų, kurias sukeltų šie susiliejimai, kurias būtų galima atpažinti naudojant gravitacinių bangų detektorius, tokius kaip Advanced LIGO / Virgo, ir apibūdinamus būsimu Einšteino teleskopu.
Be to, vėlesni SMBH kūrimo etapai galėtų būti ištirti tokiose misijose kaip ESA lazerio interferometro kosminė antena (LISA), kurią numatoma paleisti maždaug iki 2034 m. Panašiai, kita astronomų komanda neseniai naudojo Atakamą. Didelio milimetro / submilimetro masyvas (ALMA) skirtas išsiaiškinti dar vieną galaktikų paslaptį, todėl vieni turi purkštukus, kiti - ne.
Šie greitai judantys jonizuotos medžiagos srautai, judantys reliatyvistiniu greičiu (šviesos greičio dalis), buvo pastebėti iš kai kurių galaktikų centro. Šie purkštukai buvo susieti su galaktikos žvaigždžių formavimosi greičiu dėl to, kaip jie išskiria materiją, kuri kitaip žlugtų ir sudarytų naujas žvaigždes. Kitaip tariant, šie purkštukai vaidina svarbų vaidmenį galaktikų evoliucijoje, panašiai kaip SMBH.
Dėl šios priežasties astronomai siekė daugiau sužinoti apie tai, kaip laikui bėgant sąveikavo juodųjų skylių purkštukai ir dujiniai debesys. Deja, ankstyvoje Visatoje buvo sunku stebėti tokio pobūdžio sąveiką. Naudodama „Atacama Large Millimeter / submillimeter Array“ (ALMA), astronomų komandai pavyko gauti pirmąjį išspręstą vaizdą apie sutrikusius dujinius debesis, kylančius iš labai tolimo kvazaro.
Neseniai pasirodė Kindai universiteto prof. Kaiki Taro Inoue vadovaujamas jų išvadas apibūdinantis tyrimas Astrofizinių žurnalų laiškai. Kaip paaiškino Inoue ir jo kolegos, ALMA duomenys atskleidė jaunus bipolinius purkštukus, kylančius iš MG J0414 + 0534, kvazaro, esančio maždaug 11 milijardų šviesmečių atstumu nuo Žemės. Šie radiniai rodo, kad galaktikos su SMBH ir reaktyviniais lėktuvais egzistavo, kai Didysis sprogimas buvo mažiau nei 3 milijardai metų.
Be ALMA, komanda rėmėsi technika, vadinama gravitaciniu lęšiu, kai įsikišančios galaktikos sunkumas padidina iš tolimo objekto sklindančią šviesą. Dėl šio „kosminio teleskopo“ ir didelės ALMA skiriamosios gebos komanda sugebėjo pastebėti sutrikusius dujinius debesis aplink MG J0414 + 0534 ir nustatyti, kad juos sukėlė jauni purkštukai, sklindantys iš SMBH galaktikos centre.
Kaip ALMA pranešime spaudai paaiškino Japonijos nacionalinės astronomijos observatorijos (SOKENDAI) projekto docentas Kouichiro Nakanishi:
„Derindami šį kosminį teleskopą ir ALMA didelės skiriamosios gebos stebėjimus, gavome išskirtinai aštrų regėjimą, kuris yra 9000 kartų geresnis nei žmogaus regėjimas. Naudodami šią ypač didelę skiriamąją gebą, mes sugebėjome pasiekti dujinių debesų pasiskirstymą ir judesį aplink purkštukus, išstumtus iš supermasyvios juodosios skylės. “
Šie stebėjimai taip pat parodė, kad dujos buvo smogiamos ten, kur jos sekė purkštukų kryptimi, todėl dalelės smarkiai judėjo ir įsibėgėjo iki 600 km / s (370 mps) greičio. Be to, tai paveikė dujinius debesis, o patys purkštukai buvo daug mažesni nei tipiškos galaktikos tokio amžiaus.
Remdamasi tuo, komanda padarė išvadą, kad jie buvo labai ankstyvos reaktyvinio lėktuvo evoliucijos stadijoje MG J0414 + 0534 galaktikoje. Jei tiesa, šie stebėjimai komandai leido pamatyti pagrindinį evoliucijos procesą galaktikose ankstyvosios Visatos metu. Kaip Inoue apibendrino:
„MG J0414 + 0534 yra puikus pavyzdys dėl purkštukų jaunystės. Mes radome aiškių įrodymų apie reikšmingą purkštukų ir dujinių debesų sąveiką net labai ankstyvoje purkštukų evoliucijos fazėje. Manau, kad mūsų atradimas atvers kelią geriau suprasti galaktikų evoliucijos procesą ankstyvojoje Visatoje. “
Kartu šie tyrimai rodo, kad du galingiausi astronominiai reiškiniai Visatoje atsirado anksčiau, nei tikėtasi. Šis atradimas taip pat suteikia astronomams galimybę ištirti, kaip šie reiškiniai vystėsi bėgant laikui, ir kokį vaidmenį jie vaidino Visatos evoliucijoje.
