Onderzoekers die de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) gebruikten, ontdekten 13,1 miljard jaar geleden een gigantische galactische wind aangedreven door een superzwaar zwart gat. Dit is het vroegste voorbeeld dat tot nu toe van zo'n wind is waargenomen en is een veelbetekenend teken dat enorme zwarte gaten een diepgaand effect hebben op de groei van sterrenstelsels vanaf de zeer vroege geschiedenis van het universum.

In het centrum van veel grote sterrenstelsels verbergt zich een superzwaar zwart gat dat miljoenen tot miljarden keren massiever is dan de zon. interessant, de massa van het zwarte gat is ruwweg evenredig met de massa van het centrale gebied (uitstulping) van de melkweg in het nabije heelal. Op het eerste gezicht, dit lijkt misschien vanzelfsprekend, maar eigenlijk is het heel vreemd. De reden is dat de afmetingen van sterrenstelsels en zwarte gaten ongeveer 10 ordes van grootte verschillen. Op basis van deze proportionele relatie tussen de massa's van twee objecten die zo verschillend zijn in grootte, astronomen geloven dat sterrenstelsels en zwarte gaten samen groeiden en evolueerden (co-evolutie) door een soort fysieke interactie.

Een galactische wind kan voor dit soort fysieke interactie tussen zwarte gaten en sterrenstelsels zorgen. Een superzwaar zwart gat slokt een grote hoeveelheid materie op. Omdat die materie met hoge snelheid begint te bewegen vanwege de zwaartekracht van het zwarte gat, het straalt intense energie uit, die de omringende materie naar buiten kan duwen. Dit is hoe de galactische wind wordt gecreëerd.

"De vraag is, wanneer zijn galactische winden ontstaan ​​in het universum?" zegt Takuma Izumi, de hoofdauteur van het onderzoekspaper en een onderzoeker bij de National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ). "Dit is een belangrijke vraag omdat het verband houdt met een belangrijk probleem in de astronomie:hoe zijn sterrenstelsels en superzware zwarte gaten samen geëvolueerd?"

Het onderzoeksteam gebruikte eerst de Subaru-telescoop van NAOJ om naar superzware zwarte gaten te zoeken. Dankzij zijn groothoekobservatievermogen, meer dan 13 miljard jaar geleden vonden ze meer dan 100 sterrenstelsels met superzware zwarte gaten in het universum.

Vervolgens, het onderzoeksteam gebruikte ALMA's hoge gevoeligheid om de gasbeweging in de gaststerrenstelsels van de zwarte gaten te onderzoeken. ALMA heeft een sterrenstelsel HSC J124353.93+010038.5 (hierna J1243+0100) waargenomen, ontdekt door de Subaru-telescoop, en vastgelegde radiogolven uitgezonden door de stof- en koolstofionen in de melkweg.

Gedetailleerde analyse van de ALMA-gegevens bracht aan het licht dat er in J1243+0100 een hogesnelheidsgasstroom is met een snelheid van 500 km per seconde. Deze gasstroom heeft genoeg energie om het stellaire materiaal in de melkweg weg te duwen en de stervormingsactiviteit te stoppen. De gasstroom die in dit onderzoek wordt gevonden, is echt een galactische wind, en het is het oudste waargenomen voorbeeld van een melkwegstelsel met een enorme wind van galactische grootte. De vorige recordhouder was ongeveer 13 miljard jaar geleden een sterrenstelsel; dus deze waarneming duwt de start nog eens 100 miljoen jaar terug.

Het team heeft ook de beweging van het stille gas gemeten in J1243+0100, en schatte de massa van de uitstulping van de melkweg, op basis van zijn zwaartekrachtsbalans, ongeveer 30 miljard keer die van de zon zijn. De massa van het superzware zwarte gat van de melkweg, geschat met een andere methode, was daar ongeveer 1% van. De massaverhouding van de uitstulping tot het superzware zwarte gat in dit sterrenstelsel is bijna identiek aan de massaverhouding van zwarte gaten tot sterrenstelsels in het moderne universum. Dit impliceert dat de co-evolutie van superzware zwarte gaten en sterrenstelsels plaatsvindt sinds minder dan een miljard jaar na de geboorte van het heelal.

"Onze waarnemingen ondersteunen recente zeer nauwkeurige computersimulaties die hebben voorspeld dat co-evolutionaire relaties zelfs ongeveer 13 miljard jaar geleden bestonden, " zegt Izumi. "We zijn van plan om in de toekomst een groot aantal van dergelijke objecten te observeren, en hopen te verduidelijken of de oorspronkelijke co-evolutie die in dit object wordt gezien, een nauwkeurig beeld is van het algemene universum op dat moment."

Deze observatieresultaten worden gepresenteerd als Takuma Izumi et al. "Subaru High-z-verkenning van quasars met lage helderheid (SHELLQ's). XIII. Grootschalige feedback en stervorming in een quasar met lage helderheid bij z =7,07, " in de Astrofysisch tijdschrift op 14 juni, 2021.