Astronomen die ESO's Very Large Telescope gebruiken, hebben reservoirs van koel gas waargenomen rond enkele van de vroegste sterrenstelsels in het heelal. Deze gashalo's zijn het perfecte voedsel voor superzware zwarte gaten in het centrum van deze sterrenstelsels, die nu worden gezien zoals ze meer dan 12,5 miljard jaar geleden waren. Deze voedselopslag zou kunnen verklaren hoe deze kosmische monsters zo snel groeiden tijdens een periode in de geschiedenis van het heelal die bekend staat als de kosmische dageraad.

"We kunnen nu aantonen, Voor de eerste keer, dat oerstelsels voldoende voedsel in hun omgeving hebben om zowel de groei van superzware zwarte gaten als krachtige stervorming in stand te houden, " zegt Emanuele Paolo Farina, van het Max Planck Instituut voor Sterrenkunde in Heidelberg, Duitsland, wie leidde het onderzoek dat vandaag is gepubliceerd in Het astrofysische tijdschrift . "Dit voegt een fundamenteel stuk toe aan de puzzel die astronomen bouwen om te visualiseren hoe kosmische structuren meer dan 12 miljard jaar geleden zijn gevormd."

Astronomen hebben zich afgevraagd hoe superzware zwarte gaten zo vroeg in de geschiedenis van het heelal zo groot konden worden. "De aanwezigheid van deze vroege monsters, met massa's van enkele miljarden keren de massa van onze zon, is een groot mysterie, " zegt Farina, die ook verbonden is aan het Max Planck Instituut voor Astrofysica in Garching bei München. Het betekent dat de eerste zwarte gaten, die gevormd zou kunnen zijn door de ineenstorting van de eerste sterren, moet heel snel gegroeid zijn. Maar, tot nu, astronomen hadden 'voedsel voor zwarte gaten' - gas en stof - niet in voldoende grote hoeveelheden waargenomen om deze snelle groei te verklaren.

Om de zaken nog ingewikkelder te maken, eerdere waarnemingen met ALMA, de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, onthulde veel stof en gas in deze vroege sterrenstelsels die de snelle stervorming voedden. Deze ALMA-waarnemingen suggereerden dat er weinig over zou kunnen zijn om een ​​zwart gat te voeden.

Om dit mysterie op te lossen, Farina en zijn collega's gebruikten het MUSE-instrument van ESO's Very Large Telescope in de Chileense Atacama-woestijn om quasars te bestuderen - extreem heldere objecten die worden aangedreven door superzware zwarte gaten die zich in het centrum van massieve sterrenstelsels bevinden. De studie onderzocht 31 quasars die worden gezien zoals ze meer dan 12,5 miljard jaar geleden waren, in een tijd dat het heelal nog een baby was, slechts ongeveer 870 miljoen jaar oud. Dit is een van de grootste monsters van quasars uit dit vroege begin in de geschiedenis van het heelal die zijn onderzocht.

De astronomen ontdekten dat 12 quasars omringd waren door enorme gasreservoirs:halo's van koele, dicht waterstofgas dat zich 100 000 lichtjaar uitstrekt vanaf de centrale zwarte gaten en met miljarden keren de massa van de zon. Het team, uit Duitsland, de VS, Italië en Chili, ontdekte ook dat deze gashalo's stevig aan de sterrenstelsels waren gebonden, het is de perfecte voedselbron om zowel de groei van superzware zwarte gaten als de krachtige stervorming in stand te houden.

Het onderzoek was mogelijk dankzij de uitstekende gevoeligheid van MUSE, de Multi Unit Spectroscopische Explorer, op ESO's VLT, waarvan Farina zegt dat het "een game changer" was in de studie van quasars. "In een kwestie van een paar uur per doel, we konden graven in de omgeving van de meest massieve en vraatzuchtige zwarte gaten die aanwezig zijn in het jonge heelal, " voegt hij eraan toe. Terwijl quasars helder zijn, de gasreservoirs eromheen zijn veel moeilijker te observeren. Maar MUSE kon de zwakke gloed van het waterstofgas in de halo's detecteren, waardoor astronomen eindelijk de voedselvoorraden kunnen onthullen die superzware zwarte gaten in het vroege heelal aandrijven.

In de toekomst, ESO's Extremely Large Telescope zal wetenschappers helpen om nog meer details te onthullen over sterrenstelsels en superzware zwarte gaten in de eerste paar miljard jaar na de oerknal. "Met de kracht van de ELT, we zullen nog dieper in het vroege heelal kunnen graven om nog veel meer van dergelijke gasnevels te vinden, ' concludeert Farina.

Dit onderzoek wordt gepresenteerd in een paper dat zal verschijnen in The Astrofysisch tijdschrift .