Вітри чорних дір досягали 20% швидкості світла на зорі Всесвіту

Протягом першого мільярда років існування Всесвіту вітри, створені надмасивними чорними дірами в центрах галактик, були набагато частішими і більш потужними, ніж ті, які спостерігаються в сучасних галактиках приблизно 13 мільярдів років потому. Такі вітри були настільки сильні, що уповільнювали зростання надмасивних чорних дір, з яких вони походять. Такі результати дослідження під керівництвом вчених з Італійського національного інституту астрофізики (INAF) в Трієсті.

Робота заснована на спостереженнях 30 квазарів за допомогою Дуже Великого Телескопа (VLT) в обсерваторії ESO Паранал в Чилі. Квазари - надзвичайно яскраві точкові джерела в ядрах далеких галактик, випромінювання яких виникає в результаті інтенсивної активності центральних надмасивних чорних дір, що всмоктують навколишню речовину.

Галактики-господарі цих квазарів спостерігалися на «космічному світанку», коли Всесвіту було від 500 мільйонів до 1 мільярда років.

«Вперше ми виміряли частку квазарів у молодому Всесвіті з вітром чорної діри», - говорить Мануела Бішетті, автор нового дослідження. «На відміну від того, що ми спостерігаємо в ближчому до нас Всесвіті, ми виявили, що вітри чорних дір у молодому Всесвіті були дуже часті, мали високі швидкості до 20 відсотків швидкості світла і викидали велику кількість енергії в свою батьківську галактику».

Близько половини квазарів, що спостерігаються в цьому дослідженні, демонструють вітри чорних дір, які набагато частіші і в 20 разів потужніші, ніж ті, які були відомі в квазарах ближчого космосу, коли Всесвіту було близько 4 мільярдів років.

«Спостереження за чорними дірами в молодому Всесвіті показують, що вони ростуть набагато швидше, ніж їхні галактики-господарі, тоді як у локальному всесвіті ми знаємо, що чорні діри і галактики еволюціонують спільно», - додає співавтор К'яра Феругліо, дослідник INAF у Трієсті.

"Це означає, що в якийсь момент у Всесвіті повинен був діяти механізм, що уповільнює зростання чорної діри. Наші спостереження дозволили нам ідентифікувати цей механізм у вітрах чорної діри, що виникли, коли Всесвіту було від 0,5 до 1 мільярда років ".

Енергія, привносима вітром, могла б, таким чином, зупинити подальшу аккрецію речовини на чорну діру, уповільнити її зростання і запустити фазу «загальної еволюції» між чорною дірою і приймаючою її галактикою.

«Дослідження дозволило нам визначити епоху в історії Всесвіту, протягом якої вплив вітрів чорних дір став значним», - додає Мануела Бішетті. «Це справляє величезний вплив на наші знання про початкові фази зростання чорних дір і приймаючих їх галактик, накладаючи серйозні обмеження на моделі, що описують формування перших галактик».

Абсолютно несподіване відкриття стало можливим завдяки високоякісним даним приладу Xshooter, встановленого на VLT, в контексті великої програми ESO з приблизно 250 годинами спостережень.

«Квазари - одні з найяскравіших об'єктів, що спостерігаються в ранньому Всесвіті, але через свою відстань вони досить тьмяні з точки зору спостережуваної величини», - кажуть вчені.

«Великі витрати часу на спостереження за цими об'єктами і унікальні можливості X-shooter з точки зору ефективності, охоплення довжин хвиль і дозволяючої здатності дозволили нам отримати спектри дуже хорошої якості, які дозволили отримати цей цікавий результат».

"Протягом декількох років у нас були ознаки того, що чорні діри в 1 мільярд разів масивніші за Сонце... можуть запускати в своє оточення потужні вітри, що рухаються зі швидкістю, що дорівнює 20 відсоткам швидкості світла. Сьогодні у нас є підтвердження цього завдяки даним. Відкриття цих захоплюючих галактичних вітрів у такі віддалені часи може мати величезні і поки ще недосліджені наслідки для народження і еволюції галактик, подібних до нашої ".

Дослідження було опубліковано в журналі Nature.