science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Very Large Telescope ontdekt sterrenstelsels die vastzitten in het web van een superzwaar zwart gat

Met de hulp van ESO's Very Large Telescope (VLT) astronomen hebben zes sterrenstelsels gevonden die rond een superzwaar zwart gat liggen, de eerste keer dat zo'n hechte groepering is gezien in de eerste miljard jaar van het heelal. Deze artist's impression toont het centrale zwarte gat en de sterrenstelsels die gevangen zitten in zijn gasweb. Het zwarte gat, die samen met de schijf eromheen bekend staat als quasar SDSS J103027.09+052455.0, schijnt helder terwijl het de materie eromheen overspoelt. Krediet:ESO/L. Calçada

Met de hulp van ESO's Very Large Telescope (VLT) astronomen hebben zes sterrenstelsels gevonden die rond een superzwaar zwart gat lagen toen het heelal minder dan een miljard jaar oud was. Dit is de eerste keer dat zo'n hechte groepering is gezien zo kort na de oerknal en de bevinding helpt ons beter te begrijpen hoe superzware zwarte gaten, waarvan er één zich in het centrum van onze Melkweg bevindt, gevormd en groeide zo snel tot hun enorme afmetingen. Het ondersteunt de theorie dat zwarte gaten snel kunnen groeien binnen grote, webachtige structuren die veel gas bevatten om ze van brandstof te voorzien.

"Dit onderzoek werd voornamelijk gedreven door de wens om enkele van de meest uitdagende astronomische objecten te begrijpen - superzware zwarte gaten in het vroege heelal. Dit zijn extreme systemen en tot op heden hebben we geen goede verklaring voor hun bestaan, " zei Marco Mignoli, een astronoom aan het Nationaal Instituut voor Astrofysica (INAF) in Bologna, Italië, en hoofdauteur van het nieuwe onderzoek dat vandaag is gepubliceerd in Astronomie en astrofysica .

De nieuwe waarnemingen met ESO's VLT onthulden verschillende sterrenstelsels rond een superzwaar zwart gat, ze liggen allemaal in een kosmisch "spinnenweb" van gas dat zich uitstrekt tot meer dan 300 keer zo groot als de Melkweg. "De kosmische webfilamenten zijn als spinnenwebdraden, " legt Mignoli uit. "De sterrenstelsels staan ​​en groeien waar de filamenten elkaar kruisen, en gasstromen - beschikbaar om zowel de sterrenstelsels als het centrale superzware zwarte gat van brandstof te voorzien - kunnen langs de filamenten stromen."

Het licht van deze grote webachtige structuur, met zijn zwarte gat van een miljard zonsmassa's, is naar ons gereisd vanuit een tijd dat het heelal slechts 0,9 miljard jaar oud was. "Ons werk heeft een belangrijk stuk geplaatst in de grotendeels onvolledige puzzel die de vorming en groei is van zo'n extreem, maar relatief overvloedig, objecten zo snel na de oerknal, " zegt co-auteur Roberto Gilli, ook een astronoom bij INAF in Bologna, verwijzend naar superzware zwarte gaten.

De allereerste zwarte gaten, vermoedelijk gevormd door de ineenstorting van de eerste sterren, moet zeer snel zijn gegroeid om massa's van een miljard zonnen te bereiken binnen de eerste 0,9 miljard jaar van het leven van het heelal. Maar astronomen hebben moeite om uit te leggen hoe voldoende grote hoeveelheden "zwart-gatbrandstof" beschikbaar konden zijn om deze objecten in zo'n korte tijd tot zulke enorme afmetingen te laten groeien. De nieuw gevonden structuur biedt een waarschijnlijke verklaring:het "spinnenweb" en de sterrenstelsels erin bevatten genoeg gas om de brandstof te leveren die het centrale zwarte gat nodig heeft om snel een superzware reus te worden.

Maar hoe zijn zulke grote webachtige structuren ontstaan? Astronomen denken dat gigantische halo's van mysterieuze donkere materie de sleutel zijn. Men denkt dat deze grote gebieden van onzichtbare materie enorme hoeveelheden gas aantrekken in het vroege heelal; samen, het gas en de onzichtbare donkere materie vormen de webachtige structuren waarin sterrenstelsels en zwarte gaten kunnen evolueren.

"Onze bevinding ondersteunt het idee dat de meest afgelegen en massieve zwarte gaten zich vormen en groeien in massieve halo's van donkere materie in grootschalige structuren, en dat de afwezigheid van eerdere detecties van dergelijke structuren waarschijnlijk te wijten was aan observatiebeperkingen, " zegt Colin Norman van de Johns Hopkins University in Baltimore, ONS, ook een co-auteur van de studie.

De sterrenstelsels die nu zijn gedetecteerd, behoren tot de zwakste die huidige telescopen kunnen waarnemen. Deze ontdekking vereiste observaties van meerdere uren met behulp van de grootste beschikbare optische telescopen, inclusief ESO's VLT. Met behulp van de MUSE- en FORS2-instrumenten op de VLT van de ESO-sterrenwacht op Paranal in de Chileense Atacama-woestijn, het team bevestigde het verband tussen vier van de zes sterrenstelsels en het zwarte gat. "We denken dat we net het topje van de ijsberg hebben gezien, en dat de weinige sterrenstelsels die tot nu toe rond dit superzware zwarte gat zijn ontdekt, alleen de helderste zijn, " zei co-auteur Barbara Balmaverde, een astronoom bij INAF in Turijn, Italië.

Deze resultaten dragen bij aan ons begrip van hoe superzware zwarte gaten en grote kosmische structuren gevormd en geëvolueerd zijn. ESO's extreem grote telescoop, momenteel in aanbouw in Chili, zal op dit onderzoek kunnen voortbouwen door met zijn krachtige instrumenten nog veel meer zwakkere sterrenstelsels rond massieve zwarte gaten in het vroege heelal te observeren.