Viimastel aastakümnetel on astronoomid suutnud universumist kaugemale vaadata (ja ka ajas tagasi), peaaegu universumi alguse juurde. Seda tehes on nad õppinud palju universumi varaseimate galaktikate ja nende edasise arengu kohta. Siiski on veel mõned asjad, mis on endiselt piirideta, näiteks kui esmakordselt ilmusid ülikergete mustade aukudega (SMBH) galaktikad ja massiivsed joad.
Rahvusvahelise kõrgkoolide (SISSA) ning Jaapani ja Taiwani astronoomide meeskonna hiljutiste uuringute kohaselt on uus ülevaade sellest, kuidas ülimaitsvad mustad augud hakkasid tekkima alles 800 miljonit aastat pärast Suurt Pauku ja relativistlikud joad vähem kui 2 miljardit aastat pärast. Need tulemused on osa kasvavast juhtumist, mis näitab, kuidas massiivsed objektid meie universumis moodustusid varem, kui me arvasime.
Astronoomid on SMBHdest teada juba rohkem kui pool sajandit. Aja jooksul jõudsid nad arusaamisele, et enamiku massiivsete galaktikate (sealhulgas Linnutee) keskmes on nad. Samuti on uuritud nende rolli galaktikate evolutsioonis, tänapäevased astronoomid järeldasid, et need on otseselt seotud tähtede moodustumise kiirusega galaktikates.
Samamoodi on astronoomid leidnud, et SMBH-de ümber on tihedad akrüülkettad, kus gaasi ja tolmu kiirendatakse valguse kiirusele lähedale. See muudab mõne galaktika keskpunkti nii heledaks - mida nimetatakse aktiivseteks galaktiliste tuumadeks (AGN) -, et need ületavad ketastes olevad tähed. Mõnel juhul viivad need akrüülkettad ka kuuma materjali joadeni, mida võib näha miljardite valgusaastate kaugusel.
Tavapäraste mudelite kohaselt polnud galaktikatel piisavalt aega keskmiste mustade aukude tekkimiseks, kui Universum oli vähem kui miljard aastat vana (umbes 13 miljardit aastat tagasi). Viimased vaatlused on aga näidanud, et sel ajal tekkisid galaktikate keskmesse juba mustad augud. Sellega tegelemiseks pakkus SISSA teadlaste meeskond välja uue mudeli, mis pakub võimalikku selgitust.
Nende uuringu jaoks, mida juhtis doktorikraad Lumen Boco üliõpilane Universumi Fundamentaalfüüsika Instituudist (IFPU) - meeskond alustas üldtuntud tõsiasjaga, et SMBH-d kasvavad varajaste galaktikate keskosas. Nendel objektidel, tänapäeval elliptiliste galaktikate eellastel, oli väga kõrge gaasi kontsentratsioon ja uute tähtede moodustumise eriti intensiivne kiirus.
Esimesed tähepõlvkonnad nendes galaktikates olid lühiajalised ja arenesid kiiresti mustadeks aukudeks, mis olid suhteliselt väikesed, kuid arvuliselt märkimisväärsed. Tihe gaas, mis neid ümbritses, põhjustas olulist dünaamilist hõõrdumist ja põhjustas kiiret migratsiooni galaktika keskmesse. See on koht, kus nad ühinesid, et luua ülimassiivsete mustade aukude seemned, mis aja jooksul aeglaselt kasvasid.
Nagu uurimisrühm hiljutises SISS-i pressiteates selgitas:
“Klassikaliste teooriate kohaselt kasvab galaktika keskmesse supermassiivne must auk, mis hõivab ümbritsevat ainet, peamiselt gaasi,“ kasvatab seda ”ise ja sööb seda lõpuks rütmis, mis on proportsionaalne selle massiga. Sel põhjusel, kui musta augu mass on väike, on selle arengu algfaasis kasv väga aeglane. Sel määral, kui vaadeldud massini jõudmiseks, mis on miljardit korda suurem Päikese omast, oleks arvutuste kohaselt vaja väga pikka aega, isegi suurem kui noore universumi vanus. ”
Kuid nende väljatöötatud algne matemaatiline mudel näitas, et keskmiste mustade aukude moodustumisprotsess võib algfaasis olla väga kiire. See mitte ainult ei selgita SMBH seemnete olemasolu varases universumis, vaid ühitab ka nende kasvu aja universumi teadaoleva vanusega.
Lühidalt, nende uuring näitas, et varajaste mustade aukude migratsiooniprotsess ja ühinemine võivad viia SMBH seemne tekkeni 10 000–100 000 päikesemassiga vaid 50–100 miljoni aasta jooksul. Nagu meeskond selgitas:
„Keskmise musta augu kasv vastavalt ülalmainitud gaasi otsesele kogumisele, mida näeb ette tavaline teooria, muutub väga kiireks, sest gaasi kogus, mida see õnnestub meelitada ja absorbeerida, muutub tohutuks ja valdav meie pakutav protsess. Sellegipoolest kiirendab just see, et alustame nii suurest seemnest, nagu meie mehhanism ette näeb, ülikerge musta augu globaalset kasvu ja võimaldab selle moodustumist ka Noores Universumis. Lühidalt, selle teooria valguses võime öelda, et 800 miljonit aastat pärast Suurt Pauku võisid ülimassiivsed mustad augud asustada Kosmose. ”
Lisaks töötava mudeli pakkumisele vaadeldavatel SMBH seemnetel pakkus meeskond ka meetodit selle katsetamiseks. Ühelt poolt on gravitatsioonilaineid, mida need ühinemised põhjustavad, mida saab tuvastada gravitatsiooniliste lainedetektorite abil nagu Advanced LIGO / Virgo ja mida iseloomustab tulevane Einsteini teleskoop.
Lisaks sellele võivad SMBH-de edasised arenguetapid uurida selliseid missioone nagu ESA laserinterferomeetri kosmoseantenn (LISA), mille käivitamine peaks toimuma umbes 2034. aastal. Sarnases plaanis kasutas hiljuti Atakamat ka teine astronoomide meeskond Suur millimeetri / alammillimeetri massiiv (ALMA), et käsitleda veel ühte galaktikate müsteeriumit, mille tõttu mõnel on reaktiivlennukid ja teisel mitte.
Neid kiirelt liikuvaid ioniseeritud aine vooge, mis liiguvad relativistlikul kiirusel (murdosa valguse kiirusest), on täheldatud mõne galaktika keskmest väljumas. Need reaktiivlennukid on seotud galaktika tähtede moodustumise kiirusega nende väljutamise viisi tõttu, mis vastasel juhul variseb kokku uute tähtede moodustamiseks. Teisisõnu, need joad mängivad rolli galaktikate evolutsioonis, sarnaselt SMBH-dele.
Sel põhjusel on astronoomid otsinud rohkem teada saada, kuidas musta augu düüsid ja gaasilised pilved on aja jooksul omavahel suhelnud. Kahjuks on varajases universumis olnud keeruline sedalaadi koostoimeid jälgida. Atacama suure millimeetri / alammillimeetri massiivi (ALMA) kasutades õnnestus astronoomide meeskonnal saada esimene lahendatud pilt häiritud gaasilistest pilvedest, mis tulid väga kaugest kvaasarist.
Kindai ülikooli prof Kaiki Taro Inoue juhitud nende tulemusi kirjeldav uurimus ilmus hiljuti ajalehes Astrofüüsikalised ajakirjade kirjad. Nagu Inoue ja tema kolleegid selgitasid, paljastasid ALMA andmed noored bipolaarsed reaktiivlennukid, mis pärinevad MG J0414 + 0534 - kvaasarist, mis asub Maast umbes 11 miljardi valgusaasta kaugusel. Need leiud näitavad, et SMBH-de ja joaga galaktikad olid olemas, kui Suur Pauk oli vähem kui 3 miljardit aastat vana.
Lisaks ALMA-le tugines meeskond tehnikale, mida tuntakse gravitatsiooniläätsedena, kus sekkuva galaktika raskusjõud suurendab kaugelt objektilt tulevat valgust. Tänu sellele “kosmilisele teleskoobile” ja ALMA kõrgele eraldusvõimele suutis meeskond jälgida MG J0414 + 0534 ümbruses häiritud gaasilisi pilvi ja teha kindlaks, et nende põhjustajaks on noored joad, mis on pärit galaktika keskpunktist SMBH.
Nagu Jaapani riikliku astronoomilise vaatluskeskuse / SOKENDAI projekti dotsent Kouichiro Nakanishi selgitas ALMA pressiteates:
„Selle kosmilise teleskoobi ja ALMA kõrgresolutsiooniga vaatluste ühendamisel saime erakordselt terava nägemise, mis on 9000 korda parem kui inimese nägemine. Selle ülikõrge eraldusvõimega suutsime saavutada supermassiivsest mustast august väljuvate düüside ümber gaasiliste pilvede jaotuse ja liikumise. ”
Need tähelepanekud näitasid ka, et gaas sai löögi seal, kus see vastas joa suunale, põhjustades osakeste ägeda liikumise ja kiirenemise kiiruseni kuni 600 km / s (370 mps). Veelgi enam, need mõjutasid gaasilisi pilvi ja reaktiivlennukid ise olid selles vanuses palju väiksemad kui tüüpiline galaktika.
Sellest järeldas meeskond, et nad olid MG J0414 + 0534 galaktikas tunnistajaks reaktiivlennukite evolutsiooni väga varajases faasis. Kui see on tõsi, võimaldasid need vaatlused meeskonnal olla varase universumi ajal galaktikates võtme evolutsiooniprotsessi tunnistajaks. Nagu Inoue kokku võttis:
„MG J0414 + 0534 on suurepärane näide joa nooruse tõttu. Leidsime tõepäraseid tõendeid düüside ja gaasiliste pilvede olulisest koostoimest isegi joa väga varases evolutsiooni faasis. Arvan, et meie avastus sillutab teed galaktikate evolutsiooniprotsessi paremaks mõistmiseks varases universumis. "
Need uuringud koos näitavad, et kaks kõige võimsamat astronoomilist nähtust universumis tekkisid oodatust varem. See avastus annab ka astronoomidele võimaluse uurida, kuidas need nähtused aja jooksul arenesid ja millist rolli nad universumi evolutsioonis mängisid.
