Er wordt aangenomen dat de vorming en groei van de meeste sterrenstelsels in de geschiedenis van het universum is gevoed door superzware zwarte gaten die samen met hun gaststelsel groeien terwijl ze materie verzamelen om miljoenen zonsmassa's te bereiken. Het najagen van de vroege stadia van deze extreme objecten is een van de missies van toekomstige krachtige telescopen.

Een nieuwe en uitgebreide schatting is nu gepresenteerd in een onderzoek onder leiding van onderzoekers van het Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (IA). De studie voorspelt het aantal zeer jonge sterrenstelsels met actieve superzware zwarte gaten in hun kernen die hadden moeten bestaan ​​toen het universum minder dan 7 procent van zijn huidige leeftijd had. en die binnen het bereik liggen van toekomstige röntgen- en radiotelescopen die al in de maak zijn. Het werd gepubliceerd in de Maandelijkse mededelingen van de Royal Astronomical Society , en deze week gepresenteerd op de SPARCS IX-bijeenkomst, waar de wetenschap en technologie van de toekomstige Square Kilometre Array (SKA) radiotelescoop worden besproken.

De resultaten kunnen leiden tot de meest effectieve observatieplannen voor SKA en voor het Athena röntgenruimteobservatorium van de ESA. Beide observatoria zullen worden gebruikt om diep in dezelfde periode in de geschiedenis van het universum te kijken die door deze studie wordt onderzocht.

"Omdat het lang duurt voordat Athena en SKA beschikbaar zijn voor de wetenschap, er tijd is om hun doelen voor het beste aan te passen, " zegt Stergios Amarantidis, van IA en Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa (FCUL), de eerste auteur van het artikel. "Bijvoorbeeld, een eerder witboek van Athena vermeldt een voorspelling van één orde van grootte minder superzware zwarte gaten dan we vonden. Ze zullen hun resultaat gebruiken om een ​​voorlopig plan te maken voor toekomstige onderzoeken. Onze resultaten kunnen nu worden gebruikt om de strategie te verbeteren en effectievere onderzoeken voor te bereiden."

De auteurs breiden eerder werk van anderen in het zichtbare en röntgengedeelte van het spectrum uit door voorspellingen toe te voegen voor radio- en röntgenwaarnemingen, en voor het verder weg gelegen heelal. In deze context, Röntgenstraling wordt geproduceerd door zeer hete materie die extreem snel in spiralen op het zwarte gat valt, en signaalstelsels met hun centra naar de aarde gericht. radio-emissies, anderzijds, vaak signaleren sterrenstelsels van opzij bekeken, en worden geproduceerd door krachtige deeltjesstralen die uit de buurt van het zwarte gat worden uitgestoten en in wisselwerking staan ​​met het gas buiten de melkweg.

Met behulp van acht computermodellen ontwikkeld door andere teams en het toepassen van de huidige kennis over de evolutie van sterrenstelsels, de onderzoekers voorspelden dat in een gebied aan de hemel ter grootte van de volle maan, Athena zal röntgenactiviteit kunnen zien vanaf ongeveer 2, 500 superzware zwarte gaten in de kernen van zeer jonge sterrenstelsels in het vroege heelal. De resultaten suggereren dat radio-emissies op deze jonge leeftijd minder overvloedig zullen zijn, maar krachtige telescopen zoals SKA zullen nog steeds tientallen van deze bronnen in hetzelfde gebied van de hemel kunnen identificeren.

De computationele modellen zijn ontwikkeld en verfijnd met behulp van observaties van de omgevingen waar sterrenstelsels evolueren in het nabijgelegen universum. Een van de beperkingen van de modellen, blijkt uit deze studie, is hun slechte vermogen om de weinige, zeer lichtgevend, actieve galactische centra waarvan al bekend is dat ze in verre tijdperken bestaan. Het vergroten van de simulaties en de computationele middelen is nodig om deze beperking te overwinnen en om goed te begrijpen hoe de eerste sterrenstelsels en superzware zwarte gaten verschenen en evolueerden.

"Dit werk bewijst de voorspellende kracht van de huidige state-of-the-art modellen van de vorming van sterrenstelsels, en zal ons leiden om beter gebruik te maken van de krachtige telescopen die worden gebouwd, " zegt José Afonso, van IA en FCUL, en tweede auteur van het artikel. "Tegelijkertijd, het laat ook zien waar ons begrip van de eerste actieve sterrenstelsels nog moet worden verbeterd, iets dat de komende jaren al onze observatie-inspanningen zal vergen. Het vroege heelal is nog grotendeels moeilijk uit te leggen."