Дослідники, що використовують Велику решітку Атакама (ALMA), виявили масштабний галактичний вітер, спричинений надмасивною чорною дірою 13,1 мільярда років тому. Це найбільш ранній із спостережуваних на сьогоднішній день прикладів такого вітру і явна ознака того, що величезні чорні діри чинять сильний вплив на зростання галактик з самого раннього періоду історії Всесвіту.
У центрі багатьох великих галактик ховаються надмасивні чорні діри, що в мільйони чи мільярди разів масивніші за Сонце. Цікаво, що маса чорної діри приблизно пропорційна масі центральної області (опуклості) галактики в найближчому Всесвіті. На перший погляд це може здатися очевидним, але насправді це дуже дивно. Причина в тому, що розміри галактик і чорних дір розрізняються приблизно на 10 порядків. Грунтуючись на цій пропорційній залежності між масами двох дуже різних за розміром об’єктів, астрономи вважають, що галактики і чорні діри росли і розвивалися разом (коеволюція) в результаті якогоїсь фізичного взаємодії.
Галактичний вітер може забезпечити таку фізичну взаємодію між чорними дірами і галактиками. Надмасивна чорна діра поглинає велику кількість речовини. Коли ця матерія починає рухатися з високою швидкістю через гравітацію чорної діри, вона випромінює інтенсивну енергію, яка може виштовхувати навколишню матерію назовні. Так створюється галактичний вітер.
«Питання в тому, коли у Всесвіті виникли галактичні вітри?», – каже Такума Ідзумі, провідний автор дослідження і дослідник Національної астрономічної обсерваторії Японії (NAOJ). «Це важливе питання, тому що воно пов’язане з важливою проблемою астрономії: як галактики і надмасивні чорні діри еволюціонували разом?»
Дослідницька група вперше використовувала телескоп Subaru NAOJ для пошуку надмасивних чорних дір. Завдяки можливості спостереження в широкому полі, вони виявили понад 100 галактик з надмасивними чорними дірами у Всесвіті більше 13 мільярдів років тому.
Потім дослідницька група використовувала високу чутливість ALMA для дослідження руху газу в батьківських галактиках чорних дір. ALMA спостерігала галактику HSC J124353.93 + 010038.5 (далі J1243 + 0100), виявлену телескопом Субару, і зафіксувала радіохвилі, які випромінюються пилом і іонами вуглецю в галактиці.
Детальний аналіз даних ALMA показав, що в J1243 + 0100 є високошвидкісний потік газу, що рухається зі швидкістю 500 км в секунду. У цього газового потоку досить енергії, щоб відштовхнуту зоряну речовину в галактиці і зупинити активність зореутворення. Газовий потік, виявлений в цьому дослідженні, дійсно є галактичним вітром, і це найстаріший спостережуваний приклад галактики з величезним вітром галактичних розмірів.
Команда також виміряла рух спокійного газу в J1243 + 0100 і оцінила масу опуклості галактики, грунтуючись на її гравітаційному балансі, приблизно в 30 мільярдів разів більшому ніж маса Сонця. Маса надмасивної чорної діри в галактиці, оцінена іншим методом, склала близько 1% від цієї маси. Співставлення мас балджа до надмасивної чорної діри в цій галактиці майже ідентичне співвідношенню мас чорних дір і галактик в сучасному Всесвіті. Це означає, що коеволюція надмасивних чорних дір і галактик відбувалася менш ніж через мільярд років після народження Всесвіту.
«Наші спостереження підтверджують недавнє високоточне комп’ютерне моделювання, яке передбачило, що коеволюційні відносини існували навіть приблизно 13 мільярдів років тому», – коментує Ізумі. «Ми плануємо спостерігати велику кількість таких об’єктів в майбутньому і сподіваємося з’ясувати, чи є початкова коеволюція, яка спостерігається в цьому об’єкті, точною картиною загального Всесвіту в той час».
Ці результати спостережень представлені в Astrophysical Journal 14 червня 2021 року.