V zadnjih nekaj desetletjih so astronomi lahko pogledali dlje v vesolje (in tudi nazaj v čas), skoraj do samih začetkov vesolja. Pri tem so veliko izvedeli o nekaterih najzgodnejših galaksijah v vesolju in njihovem nadaljnjem razvoju. Vendar še vedno obstajajo nekatere stvari, ki so še vedno zunaj meja, na primer takrat, ko so se prvič pojavile galaksije s supermasivnimi črnimi luknjami (SMBH) in množičnimi curki.
Glede na nedavne študije Mednarodne šole za napredne študije (SISSA) in skupine astronomov z Japonske in Tajvana zagotavljajo nov vpogled v to, kako so se supermasivne črne luknje začele oblikovati šele 800 milijonov let po velikem udaru, relativistični letali pa manj kot 2 milijardi let po. Ti rezultati so del vedno večjega primera, ki prikazuje, kako so se množični predmeti v našem vesolju oblikovali prej, kot smo mislili.
Astronomi že več kot pol stoletja poznajo SMBH. Sčasoma so spoznali, da jih ima večina množičnih galaksij (vključno z Mlečno potjo) na svojih jedrih. Vloga, ki jo igrajo pri evoluciji galaksij, je bila tudi predmet preučevanja, sodobni astronomi pa so zaključili, da so neposredno povezane s hitrostjo nastajanja zvezd v galaksijah.
Podobno so astronomi ugotovili, da imajo SMB-ji okoli sebe tesne diskrecijske diske, kjer se plin in prah pospešujeta, da se približata hitrosti svetlobe. Zaradi tega središče nekaterih galaksij postane tako svetlo - tako imenovana aktivna galaktična jedra (AGN) - da v svojih diskih zasenčijo zvezde. V nekaterih primerih ti diskrecijski diski vodijo tudi do curkov vročega materiala, ki jih je vidno od milijard svetlobnih let.
Po običajnih modelih galaksije niso imele dovolj časa za razvoj osrednjih črnih lukenj, ko je bilo vesolje staro manj kot milijardo let (približno 13 milijard let nazaj). Vendar pa nedavna opažanja kažejo, da so se v središču galaksije takrat že oblikovale črne luknje. Skupina znanstvenikov iz SISSA je predlagala nov model, ki ponuja možno razlago.
Za njihov študij, ki ga je vodil Lumen Boco - doktor znanosti. študent z Inštituta za temeljno fiziko vesolja (IFPU) - ekipa se je začela z znanim dejstvom, da SMBH rastejo v osrednjih regijah zgodnjih galaksij. Ti predmeti, danes potomci eliptičnih galaksij, so imeli zelo visoko koncentracijo plina in izjemno intenzivno nastajanje novih zvezd.
Prve generacije zvezd v teh galaksijah so bile kratkotrajne in so se hitro razvile v črne luknje, ki so bile razmeroma majhne, a pomembne po številu. Gosti plin, ki jih je obdajal, je privedel do občutnega dinamičnega trenja in povzročil, da so se hitro preselili v središče galaksije. Tu so se združili in ustvarili seme supermasivne črne luknje - ki je počasi raslo sčasoma.
Kot je v nedavnem sporočilu za javnost SISS pojasnila raziskovalna skupina:
"V skladu s klasičnimi teorijami se v središču galaksije raste supermasivna črna luknja, ki zajema okoliško snov, v glavnem plin," raste "na sebi in jo na koncu požre v ritmu, sorazmernem z njeno maso. Zaradi tega je v začetnih fazah njegovega razvoja, ko je masa črne luknje majhna, rast zelo počasna. Kolikor bi po izračunih, da bi dosegli opaženo maso, milijardo krat večjo od Sonca, potrebovali zelo dolgo, še večjo od starosti mladega vesolja. "
Vendar je prvotni matematični model, ki so ga razvili, pokazal, da bi bil postopek oblikovanja osrednjih črnih lukenj v svojih začetnih fazah lahko zelo hiter. To ne ponuja le razlage o obstoju semen SMBH v zgodnjem vesolju, ampak tudi usklajuje čas njihove rasti z znano starostjo vesolja.
Skratka, njihova študija je pokazala, da lahko proces migracije in združitve zgodnjih črnih lukenj v samo 50 do 100 milijonov let ustvari seme SMBH od 10.000 do 100.000 sončnih mas. Kot je pojasnila ekipa:
"[T] rast centralne črne luknje glede na prej omenjeno neposredno povečanje plina, ki jo predvideva standardna teorija, bo postala zelo hitra, saj bo količina plina, ki jo bo uspel pritegniti in absorbirati, postala neizmerna in bo prevladovala na postopek, ki ga predlagamo. Kljub temu pa ravno dejstvo, da začnemo iz tako velikega semena, kot ga predvideva naš mehanizem, pospeši globalno rast supermasivne črne luknje in omogoči njeno nastajanje tudi v Mladem vesolju. Skratka, glede na to teorijo lahko trdimo, da je 800 milijonov let po velikem udaru supermasivne črne luknje že lahko poseljevalo Kozmos. "
Poleg predloga delovnega modela za opazovana semena SMBH je skupina predlagala tudi metodo za njegovo testiranje. Na eni strani obstajajo gravitacijski valovi, ki bi jih povzročile te združitve, ki jih je mogoče prepoznati z uporabo gravitacijskih detektorjev valov, kot je Advanced LIGO / Devica in ki jih je zaznamoval prihodnji Einstein teleskop.
Poleg tega so poznejše razvojne faze SMBH-jev nekaj, kar bi lahko raziskale misije, kot je vesoljska antena za laserski interferometer ESA (LISA), ki naj bi se začela lansirati okoli leta 2034. V podobnem pogledu je Atacama pred kratkim uporabila tudi druga ekipa astronomov Veliki milimetrski / submilimeterski sklop (ALMA) za reševanje še ene skrivnosti o galaksijah, zato nekateri imajo curke, drugi pa ne.
Ta hitri tokovi ionizirane snovi, ki potujejo z relativističnimi hitrostmi (delček svetlobne hitrosti), so opazili iz središča nekaterih galaksij. Ti curki so povezani s hitrostjo nastajanja zvezd v galaksiji zaradi načina, kako izženejo materijo, ki bi se sicer zrušila in oblikovala nove zvezde. Z drugimi besedami, ti curki igrajo vlogo pri razvoju galaksij, podobno kot SMBH.
Zaradi tega so astronomi skušali izvedeti več o tem, kako so se skozi čas črtali curki črnih lukenj in plinasti oblaki. Na žalost je bilo v zgodnjem vesolju težko opazovati tovrstne interakcije. Z uporabo velikega milimetra / submilimetrskega sklopa Atacama (ALMA) je ekipi astronomov uspelo pridobiti prvo razrešeno sliko motečih plinastih oblakov, ki prihajajo iz zelo oddaljenega kvazarja.
Študija, ki opisuje njihove ugotovitve, ki jo je vodil profesor Kaiki Taro Inoue z univerze Kindai, se je nedavno pojavila v Pisma astrofizičnega časopisa. Kot sta pojasnila Inoue in njegovi sodelavci, so podatki ALMA razkrili mlade bipolarne curke, ki izvirajo iz MG J0414 + 0534, kvazarja, ki se nahaja približno 11 milijard svetlobnih let od Zemlje. Te ugotovitve kažejo, da so bile galaksije s SMBH in curki že takrat, ko je bil Big Bang star manj kot 3 milijarde let.
Poleg ALMA se je ekipa opirala na tehniko, znano kot gravitacijsko leče, pri čemer gravitacija intervenirajoče galaksije povečuje svetlobo, ki prihaja iz oddaljenega predmeta. Zahvaljujoč temu "kozmičnemu teleskopu" in visoki ločljivosti ALMA je ekipa lahko opazovala motene plinaste oblake okoli MG J0414 + 0534 in ugotovila, da jih povzročajo mladi curki, ki izhajajo iz SMBH v središču galaksije.
Kot je v sporočilu za javnost ALMA pojasnil Kouichiro Nakanishi, izredni profesor na Japonskem nacionalnem astronomskem observatoriju / SOKENDAI:
"Z združevanjem tega kozmičnega teleskopa in opazovanji z visoko ločljivostjo ALMA smo dobili izjemno oster vid, to je 9000-krat boljši od človeškega pogleda. S to izjemno visoko ločljivostjo smo uspeli doseči razporeditev in gibanje plinastih oblakov okoli curkov, ki so bili izločeni iz supermasivne črne luknje. "
Ta opažanja so tudi pokazala, da je na plin vplival, če je sledil smeri curkov, zaradi česar so se delci nasilno gibali in pospeševali do hitrosti do 600 km / s (370 m / s). Še več, ti prizadeti plinasti oblaki in sami curki so bili veliko manjši od velikosti tipične galaksije v tej starosti.
Na podlagi tega je ekipa zaključila, da smo bili priča zelo zgodnji fazi evolucije curka v galaksiji MG J0414 + 0534. Če so resnična, so ta opažanja omogočila skupini, da je bila priča ključnemu evolucijskemu procesu v galaksijah v zgodnjem vesolju. Kot je povzel Inoue:
„MG J0414 + 0534 je odličen primer zaradi mladosti curkov. Odkrili smo dokaze o pomembni interakciji med curki in plinastimi oblaki že v zelo zgodnji evolucijski fazi curkov. Mislim, da bo naše odkritje utrlo pot do boljšega razumevanja evolucijskega procesa galaksij v zgodnjem vesolju. "
Skupaj te študije dokazujejo, da sta se dva najmočnejša astronomska pojava v vesolju pojavila prej, kot je bilo pričakovano. To odkritje astronomom ponuja tudi priložnost, da raziščejo, kako so se ti pojavi razvijali skozi čas, in vlogo, ki so jo igrali pri evoluciji vesolja.
