Die Winde von Schwarzen Löchern sind nicht mehr so ​​wie früher

In den ersten Milliarden Jahren des Universums waren Winde, die von supermassiven Schwarzen Löchern in den Zentren von Galaxien geblasen wurden, viel häufiger und stärker als diejenigen, die etwa 13 Milliarden Jahre später in heutigen Galaxien beobachtet wurden. Solche Winde waren so mächtig, dass sie das Wachstum der supermassereichen Schwarzen Löcher verlangsamten, aus denen sie stammen. Dies sind die Ergebnisse einer Studie unter der Leitung von drei Forschern des italienischen Nationalinstituts für Astrophysik (INAF) in Triest, die heute in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Natur.

Die Arbeit basiert auf den Beobachtungen von 30 Quasaren, die mit dem Very Large Telescope (VLT) am Paranal-Observatorium der ESO in Chile beobachtet wurden. Quasare sind extrem helle, punktförmige Quellen in den Kernen entfernter Galaxien, deren Emission aus der intensiven Aktivität der zentralen supermassereichen Schwarzen Löcher entsteht, die die umgebende Materie ansaugen. Die Wirtsgalaxien dieser Quasare wurden um die kosmische Morgendämmerung herum beobachtet, als das Universum zwischen 500 Millionen und 1 Milliarde Jahre alt war.

„Zum ersten Mal haben wir den Anteil der Quasare im jungen Universum gemessen, die Winde von Schwarzen Löchern aufweisen“, sagt Manuela Bischetti, INAF-Forscherin in Triest und Erstautorin der neuen Studie. „Im Gegensatz zu dem, was wir im uns näheren Universum beobachten, haben wir entdeckt, dass die Winde von Schwarzen Löchern im jungen Universum sehr häufig sind, hohe Geschwindigkeiten von bis zu 17 Prozent der Lichtgeschwindigkeit haben und große Energiemengen in ihre Wirtsgalaxie einspeisen. „

Etwa die Hälfte der in dieser Forschung beobachteten Quasare zeigen Schwarzlochwinde, die viel häufiger und 20-mal stärker sind als die, die in den Quasaren des näheren Kosmos bekannt sind, als das Universum etwa 4 Milliarden Jahre alt war.

„Beobachtungen von Schwarzen Löchern im jungen Universum zeigen, dass sie viel schneller wachsen als ihre Wirtsgalaxien, während wir im lokalen Universum wissen, dass sich Schwarze Löcher und Galaxien gemeinsam entwickeln“, fügt Co-Autorin Chiara Feruglio, INAF-Forscherin in Triest, hinzu. „Dies impliziert, dass irgendwann im Universum ein Mechanismus gewirkt haben muss, der das Wachstum der Schwarzen Löcher verlangsamt. Unsere Beobachtungen ermöglichten es uns, diesen Mechanismus in den Winden der Schwarzen Löcher zu identifizieren, die erzeugt wurden, als das Universum 0,5 bis 1 Milliarde Jahre alt war.“

Die durch Winde injizierte Energie wäre somit in der Lage gewesen, die weitere Ansammlung von Materie auf das Schwarze Loch zu stoppen, sein Wachstum zu verlangsamen und eine Phase der „gemeinsamen Evolution“ zwischen dem Schwarzen Loch und seiner Wirtsgalaxie einzuleiten. „Diese Studie ermöglichte es uns, die Epoche in der Geschichte des Universums zu identifizieren, in der die Auswirkungen der Winde von Schwarzen Löchern signifikant wurden“, fügt Bischetti hinzu. „Dies hat einen enormen Einfluss auf unser Wissen über die Anfangsphasen des Wachstums von Schwarzen Löchern und ihren Wirtsgalaxien und setzt den Modellen, die die Entstehung der ersten Galaxien beschreiben, starke Grenzen.“

Eine völlig unerwartete Entdeckung, die durch die hochwertigen Daten des am VLT installierten Xshooter-Instruments im Rahmen eines großen ESO-Programms mit rund 250 Beobachtungsstunden ermöglicht wurde.

„Quasare gehören zu den hellsten Objekten, die im frühen Universum beobachtbar sind, aber aufgrund ihrer Entfernung sind sie in Bezug auf die beobachtete Helligkeit ziemlich schwach“, erklärt Co-Autorin Valentina D’Odorico vom INAF in Triest, das der Scuola Normale Superiore in Pisa angegliedert ist und Hauptforscher des Beobachtungsprogramms, auf dem die Studie basiert. „Der große Zeitaufwand für die Beobachtung dieser Objekte und die einzigartigen Kapazitäten von X-Shooter in Bezug auf Effizienz, Wellenlängenabdeckung und Auflösungsvermögen haben es uns ermöglicht, Spektren von sehr guter Qualität zu erhalten, die dieses interessante Ergebnis ermöglicht haben.“

„Wir haben seit einigen Jahren Hinweise darauf, dass Schwarze Löcher, die 1 Milliarde Mal so massereich wie die Sonne sind, starke Winde mit einer Geschwindigkeit von 20 Prozent der Lichtgeschwindigkeit in ihre Umgebung ausstoßen könnten“, fügt Andrea Ferrara hinzu , Professor an der Scuola Normale Superiore (SNS) und Mitautor der Studie. „Heute haben wir eine Bestätigung dafür dank Daten, die mit einem europäischen Teleskop von einem Team mit starker italienischer Prägung und Führung erhalten wurden. Das SNS hat auf der Seite der theoretischen Interpretation dazu beigetragen. Die Entdeckung dieser spektakulären galaktischen Winde zu so fernen Zeiten hätte möglich sein können hatte enorme und noch unerforschte Auswirkungen auf die Entstehung und Entwicklung von Galaxien wie der unseren. Wir werden diese Fragen in der fortlaufenden Fortsetzung dieser Studie angehen.“

Das Programm war ursprünglich nicht für dieses wissenschaftliche Ziel konzipiert worden, sondern um hauptsächlich intergalaktische Gase im frühen Universum zu untersuchen. Aufgrund von Informationen von näher gelegenen Quasaren hielt man solche Winde für selten. „Glücklicherweise, sagten wir früher, weil diese Merkmale die Rekonstruktion der intrinsischen Quasar-Emission erschweren, waren sie von Astronomen in unserer Zusammenarbeit, die das intergalaktische Medium entlang der Sichtlinie untersuchen, unerwünscht“, sagt D’Odorico. „Unerwarteterweise fanden wir heraus, dass diese Winde im jungen Universum sehr häufig vorkommen, was unsere Analyse erschwerte, uns aber die Gelegenheit bot, ein sehr wichtiges Ergebnis zu entdecken.“

Bereitgestellt vom italienischen Nationalinstitut für Astrophysik