Astronomowie korzystający z radioteleskopu Very Large Array (VLA) National Science Foundation do badania najodleglejszego znanego kwazara znaleźli kuszącą wskazówkę, która może odpowiedzieć na od dawna kosmiczne pytanie z kurczaka i jaja: co było pierwsze, supermasywne czarne dziury lub gigantyczne galaktyki?
Przez lata astronomowie zauważyli bezpośredni związek między masą centralnej supermasywnej czarnej dziury galaktyki a masą całkowitą „wypukłości” gwiazd w jej rdzeniu. Im bardziej masywna jest czarna dziura, tym bardziej masywne jest wybrzuszenie. Naukowcy zastanawiali się szeroko, czy najpierw powstanie czarna dziura, czy wybrzuszenie gwiezdne. Ostatnio niektóre teorie sugerują, że te dwie mogą tworzyć się jednocześnie.
Jednak nowe obserwacje kwazara i jego galaktyki macierzystej, obserwowane w VLA, gdy miały one mniej niż miliard lat, wskazują, że młoda galaktyka ma supermasywną czarną dziurę, ale nie ma masywnego wybrzuszenia gwiazd.
„Znaleźliśmy dużą ilość gazu w tej młodej galaktyce, a kiedy dodamy masę tego gazu do masy czarnej dziury, sumują się one prawie do całkowitej masy całego układu. Dynamika galaktyki implikuje, że nie ma zbyt wiele masy, aby zrekompensować rozmiar wybrzuszeń gwiezdnych przewidywanych przez obecne modele ”- powiedział Chris Carilli z National Radio Astronomy Observatory (NRAO) w Socorro, Nowy Meksyk.
Naukowcy badali kwazar o nazwie J1148 + 5251, który w odległości ponad 12,8 miliarda lat świetlnych jest najdalszym znalezionym kwazarem. Odkryta w 2003 r. Przez Sloan Digital Sky Survey, J1148 + 5251 jest młodą galaktyką z jasnym jądrem kwazarowym, widzianą w czasach, gdy Wszechświat miał zaledwie 870 milionów lat. Wszechświat ma teraz 13,7 miliarda lat.
Kierując VLA na J1148 + 4241 przez około 60 godzin, naukowcy byli w stanie określić ilość gazu cząsteczkowego w układzie. Ponadto byli w stanie zmierzyć ruchy tego gazu, a tym samym oszacować całkowitą masę układu galaktycznego. Wcześniejsze badania systemu przyniosły szacunki, że czarna dziura była od 1 do 5 miliardów razy większa od masy Słońca.
Nowe obserwacje VLA wskazują, że w układzie znajduje się około 10 miliardów mas słonecznych gazu molekularnego i że całkowita masa systemu wynosi 40-50 miliardów mas słonecznych. Łącznie gaz i czarna dziura stanowią zatem 11-15 miliardów mas Słońca z tej sumy.
„Zaakceptowany stosunek wskazuje, że czarna dziura tej masy powinna być otoczona gwiezdnym wybrzuszeniem kilku bilionów mas Słońca. Nasz pomiar dynamiczny pokazuje, że nie pozostało wiele masy, z wyjątkiem czarnej dziury i gazu, aby utworzyć gwiezdne wybrzuszenie. Dowodzi to, że czarna dziura tworzy się przed wybrzuszeniem gwiezdnym ”- powiedział Fabian Walter z Instytutu Radioastronomii im. Maxa Plancka w Heidelbergu w Niemczech, który był doktorem habilitowanym Jansky'ego w NRAO w Socorro, kiedy dokonano obserwacji.
„Jeden przykład z pewnością nie uzasadnia, ale w tym obiekcie najwyraźniej mamy przykład czarnej dziury bez dużej gwiezdnej wypukłości. Teraz musimy przeprowadzić szczegółowe badania większej liczby takich obiektów w odległym, wczesnym Wszechświecie - powiedział Carilli. „Dzięki znacznie poprawionej czułości rozszerzonej VLA i dużej matrycy milimetrowej Atacama (ALMA), które pojawią się za kilka lat, będziemy dysponować narzędziami potrzebnymi do ostatecznego rozwiązania tego problemu”, dodał Carilli.
„Takie badania są kluczem do zrozumienia, jak powstały galaktyki” - powiedział Walter.
Walter i Carilli współpracowali z Frankiem Bertoldim i Karlem Menten z Instytutu Maxa Plancka w Bonn; Pierre Cox z Institute of Space Astrophysics z University of Paris-South; Fred K.Y. Lo z NRAO w Charlottesville, Wirginia; Fan Xiahui Steward Observatory z University of Arizona; i Michael Strauss z Princeton University, o projekcie. Ich wyniki badań są publikowane w Astrophysical Journal Letters.
National Radio Astronomy Observatory to placówka National Science Foundation, obsługiwana na podstawie umowy o współpracy przez Associated Universities, Inc.
Oryginalne źródło: NRAO News Release
