Supermasywne czarne dziury wykryte we wczesnym wszechświecie

Nasza spiralna galaktyka - Droga Mleczna wypełniona jest gwiazdami w różnym wieku, w tym takimi, które dopiero powstają. Jednak w innych galaktykach, tzw. eliptycznych, wszystkie gwiazdy są już stare i mniej więcej w tym samym wieku. Wskazuje to, że na wcześniejszym etapie życia takie galaktyki rodziły mnóstwo gwiazd, lecz nagle przestały - wyjaśniają naukowcy z japońskiego Uniwersytetu SOKENDAI.

Nie do końca wiadomo, dlaczego tak się stało. Jedna z możliwości jest taka, że w tych galaktykach supermasywne czarne dziury oddziaływały międzygwiezdny gaz w takich sposób, że zaburzały tworzenie się nowych gwiazd.

Aby przetestować tę teorię, zespół z SOKENDAI i współpracownicy z innych ośrodków przyjrzeli się starym galaktykom, które istniały bagatela 10 mld lat temu. Oznacza to, że światło lecące od nich do Ziemi musiało pokonać dystans 10 mld lat świetlnych. Z tego powodu ich sygnał jest bardzo słaby, a obrazy niewyraźne.

Aby sobie z tym poradzić, badacze wykorzystali dane z projektu Cosmic Evolution Survey (COSMOS), w którym łączone są obserwacje największych teleskopów, w tym Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), czy Subaru Telescope. COSMOS obejmuje przy tym badania w zakresie fal radiowych, podczerwonych, widzialnych oraz rentgenowskich.

Korzystając z obserwacji w świetle widzialnym i podczerwonym badacze zidentyfikowali dwie grupy galaktyk - z tworzącymi się gwiazdami i takie, w którym gwiazdy przestały już powstawać. Z kolei analizę promieniowania radiowego i rentgenowskiego wykorzystali do detekcji supermasywnych czarnych dziur.

Musieli posłużyć się jednak sprytnym zabiegiem. Ponieważ siła sygnału pojedynczych galaktyk w stosunku do zakłóceń była zbyt niska ze względu na odległość, naukowcy połączyli dane wielu galaktyk, aby stworzyć obrazy „galaktyki uśrednionej”.

Duża siła fal radiowych jak i promieni X emitowanych przez galaktyki bez formujących się nowych gwiazd wskazała na obecność supermasywnych czarnych dziur. Tego typu sygnał był jednocześnie znacznie słabszy w galaktykach, w których gwiazdy nadal się rodziły. Wyniki wskazują więc, że gwałtowne zatrzymanie powstawania gwiazd w galaktykach wczesnego wszechświata zbiega się w czasie z rosnącą aktywnością supermasywnych czarnych dziur.