Ветры черных дыр достигали 20% скорости света на заре Вселенной
В течение первого миллиарда лет существования Вселенной ветры, создаваемые сверхмассивными черными дырами в центрах галактик, были гораздо более частыми и более мощными, чем те, которые наблюдаются в современных галактиках примерно 13 миллиардов лет спустя. Такие ветры были настолько сильны, что замедляли рост сверхмассивных черных дыр, из которых они происходят. Таковы результаты исследования под руководством ученых из Итальянского национального института астрофизики (INAF) в Триесте.
Работа основана на наблюдениях 30 квазаров с помощью Очень Большого Телескопа (VLT) в обсерватории ESO Паранал в Чили. Квазары — чрезвычайно яркие точечные источники в ядрах далеких галактик, излучение которых возникает в результате интенсивной активности центральных сверхмассивных черных дыр, всасывающих окружающее вещество.
Галактики-хозяева этих квазаров наблюдались на «космическом рассвете», когда Вселенной было от 500 миллионов до 1 миллиарда лет.
«Впервые мы измерили долю квазаров в молодой Вселенной с ветром черной дыры», — говорит Мануэла Бишетти, автор нового исследования. «В отличие от того, что мы наблюдаем в более близкой к нам Вселенной, мы обнаружили, что ветры черных дыр в молодой Вселенной были очень часты, имели высокие скорости до 20 процентов скорости света и выбрасывали большое количество энергии в свою родительскую галактику».
Около половины квазаров, наблюдаемых в этом исследовании, демонстрируют ветры черных дыр, которые гораздо более часты и в 20 раз мощнее, чем те, которые были известны в квазарах более близкого космоса, когда Вселенной было около 4 миллиардов лет.
«Наблюдения за черными дырами в молодой Вселенной показывают, что они растут намного быстрее, чем их галактики-хозяева, тогда как в локальной вселенной мы знаем, что черные дыры и галактики эволюционируют совместно», — добавляет соавтор Кьяра Феруглио, исследователь INAF в Триесте.
«Это означает, что в какой-то момент во Вселенной должен был действовать механизм, замедляющий рост черной дыры. Наши наблюдения позволили нам идентифицировать этот механизм в ветрах черной дыры, возникших, когда Вселенной было от 0,5 до 1 миллиарда лет».
Энергия, привносимая ветром, могла бы, таким образом, остановить дальнейшую аккрецию вещества на черную дыру, замедлить ее рост и запустить фазу «общей эволюции» между черной дырой и принимающей ее галактикой.
«Исследование позволило нам определить эпоху в истории Вселенной, в течение которой влияние ветров черных дыр стало значительным», — добавляет Мануэла Бишетти. «Это оказывает огромное влияние на наши знания о начальных фазах роста черных дыр и принимающих их галактик, накладывая серьезные ограничения на модели, описывающие формирование первых галактик».
Совершенно неожиданное открытие стало возможным благодаря высококачественным данным прибора Xshooter, установленного на VLT, в контексте большой программы ESO с примерно 250 часами наблюдений.
«Квазары — одни из самых ярких объектов, наблюдаемых в ранней Вселенной, но из-за своего расстояния они довольно тусклые с точки зрения наблюдаемой величины», — говорят ученые.
«Большие затраты времени на наблюдение за этими объектами и уникальные возможности X-shooter с точки зрения эффективности, охвата длин волн и разрешающей способности позволили нам получить спектры очень хорошего качества, которые позволили получить этот интересный результат».
«В течение нескольких лет у нас были признаки того, что черные дыры в 1 миллиард раз массивнее Солнца… могут запускать в свое окружение мощные ветры, движущиеся со скоростью, равной 20 процентам скорости света. Сегодня у нас есть подтверждение этого благодаря данным. Открытие этих захватывающих галактических ветров в такие отдаленные времена может иметь огромные и пока еще неисследованные последствия для рождения и эволюции галактик, подобных нашей».
Исследование было опубликовано в журнале Nature.