Ветры черных дыр уже не такие, как раньше

В течение первых миллиардов лет существования Вселенной ветры, дующие от сверхмассивных черных дыр в центрах галактик, были гораздо более частыми и мощными, чем те, которые наблюдаются в современных галактиках, примерно 13 миллиардов лет спустя. Такие ветры были настолько мощными, что замедляли рост сверхмассивных черных дыр, из которых они исходили. Таковы результаты исследования под руководством трех ученых из Итальянского национального института астрофизики (INAF) в Триесте, опубликованные сегодня в журнале Nature.

Работа основана на наблюдениях 30 квазаров, полученных с помощью Очень большого телескопа (VLT) в Паранальской обсерватории ESO в Чили. Квазары - это чрезвычайно яркие точечные источники в ядрах далеких галактик, излучение которых возникает из-за интенсивной активности центральных сверхмассивных черных дыр, всасывающих окружающую материю. Галактики-хозяева этих квазаров наблюдались в период космического рассвета, когда возраст Вселенной составлял от 500 миллионов до 1 миллиарда лет.

"Впервые мы измерили долю квазаров в молодой Вселенной, демонстрирующих ветры черных дыр", - говорит Мануэла Бишетти, научный сотрудник INAF в Триесте и первый 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 встречаются очень часто, имеют высокую скорость, достигающую 17 процентов от скорости света, и вбрасывают большое количество энергии в галактику-хозяина".

Около половины квазаров, наблюдаемых в этом исследовании, демонстрируют ветры черных дыр, которые встречаются гораздо чаще и в 20 раз мощнее, чем те, которые были известны в квазарах более близкого к нам космоса, когда возраст Вселенной составлял около 4 миллиардов лет.

"Наблюдения за черными дырами в молодой Вселенной показывают, что они растут гораздо быстрее, чем их галактики-хозяева, тогда как в локальной Вселенной, как мы знаем, черные дыры и галактики коэволюционируют", - добавляет соавтор исследования Кьяра Ферульо, исследователь INAF в Триесте. "Это означает, что в какой-то момент во Вселенной должен был сработать механизм, замедляющий рост черных дыр. Наши наблюдения позволили нам идентифицировать этот механизм в ветрах черных дыр, возникавших, когда возраст Вселенной составлял 0,5-1 миллиард лет".

Таким образом, энергия, выделяемая ветрами, могла остановить дальнейшую аккрецию материи на черную дыру, замедлить ее рост и положить начало фазе "общей эволюции" между черной дырой и принимающей ее галактикой. "Это исследование позволило нам определить эпоху в истории Вселенной, когда влияние ветров черных дыр стало значительным", - добавляет Бишетти. "Это оказывает огромное влияние на наши знания о начальных фазах роста черных дыр и их галактик, устанавливая сильные ограничения на модели, описывающие формирование первых галактик".

Совершенно неожиданное открытие стало возможным благодаря высококачественным данным инструмента Xshooter, установленного на VLT в рамках большой программы ESO, включающей около 250 часов наблюдений.

"Квазары - одни из самых ярких объектов, наблюдаемых в ранней Вселенной, но из-за своего расстояния они довольно слабые с точки зрения наблюдаемой величины", - объясняет соавтор Валентина Д"Одорико из INAF в Триесте и главный исследователь программы наблюдений. "Большие затраты времени на наблюдение этих объектов и уникальные возможности X-shooter в плане эффективности, охвата длин волн и разрешающей способности позволили нам получить спектры очень хорошего качества, что и позволило получить этот интересный результат".

"У нас уже несколько лет есть основания полагать, что черные дыры в миллиард раз массивнее Солнца... могут запускать мощные ветры, несущиеся со скоростью, равной 20% от скорости света, в свое окружение", - добавляет Андреа Феррара, профессор Scuola Normale Superiore (SNS) и соавтор исследования. "Сегодня у нас есть подтверждение этому благодаря данным, полученным с помощью европейского телескопа. SNS внесла свой вклад в теоретическую интерпретацию. Открытие этих впечатляющих галактических ветров в столь отдаленные времена могло иметь огромные и пока еще не изученные последствия для рождения и эволюции галактик, подобных нашей. Мы будем решать эти вопросы в ходе продолжения этого исследования".

Изначально программа не была рассчитана на эту научную цель, а предполагала изучение в первую очередь межгалактического газа в ранней Вселенной. На основании информации, полученной от более близких квазаров, считалось, что такие ветры встречаются редко. "К счастью мы обнаружили, что эти ветры очень распространены в молодой Вселенной, что усложнило наш анализ, но дало нам возможность обнаружить очень важный результат".

источник: