Um dos halos de gás recentemente observados com o instrumento MUSE no Very Large Telescope do ESO sobreposto a uma imagem mais antiga de uma fusão de galáxias obtida com o ALMA. O halo em grande escala do gás hidrogênio é mostrado em azul, enquanto os dados do ALMA são mostrados em laranja. O halo está ligado à galáxia, que contém um quasar em seu centro. O fraco, O gás hidrogênio brilhante no halo fornece a fonte de alimento perfeita para o buraco negro supermassivo no centro do quasar. Os objetos nesta imagem estão localizados no redshift 6.2, o que significa que estão sendo vistos como eram há 12,8 bilhões de anos. Embora os quasares sejam brilhantes, os reservatórios de gás ao redor deles são muito mais difíceis de observar. Mas o MUSE pode detectar o brilho fraco do gás hidrogênio nos halos, permitindo aos astrônomos finalmente revelar os estoques de alimentos que alimentam buracos negros supermassivos no início do Universo. Crédito:ESO / Farina et al .; ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), Decarli et al.
Astrônomos usando o Very Large Telescope do ESO observaram reservatórios de gás frio ao redor de algumas das primeiras galáxias do Universo. Esses halos de gás são o alimento perfeito para buracos negros supermassivos no centro dessas galáxias, que agora são vistos como eram há mais de 12,5 bilhões de anos. Este armazenamento de comida pode explicar como esses monstros cósmicos cresceram tão rápido durante um período da história do Universo conhecido como Cosmic Dawn.
"Agora podemos demonstrar, pela primeira vez, que as galáxias primordiais têm comida suficiente em seus ambientes para sustentar o crescimento de buracos negros supermassivos e a vigorosa formação de estrelas, "diz Emanuele Paolo Farina, do Instituto Max Planck de Astronomia em Heidelberg, Alemanha, que liderou a pesquisa publicada hoje em The Astrophysical Journal . "Isso adiciona uma peça fundamental ao quebra-cabeça que os astrônomos estão construindo para imaginar como as estruturas cósmicas se formaram há mais de 12 bilhões de anos."
Os astrônomos se perguntam como os buracos negros supermassivos foram capazes de crescer tão grandes tão cedo na história do Universo. "A presença desses primeiros monstros, com massas vários bilhões de vezes a massa do nosso Sol, é um grande mistério, "diz Farina, que também é afiliado ao Instituto Max Planck de Astrofísica em Garching bei München. Isso significa que os primeiros buracos negros, que pode ter se formado a partir do colapso das primeiras estrelas, deve ter crescido muito rápido. Mas, até agora, astrônomos não haviam avistado 'comida de buraco negro' - gás e poeira - em quantidades grandes o suficiente para explicar esse rápido crescimento.
Para complicar ainda mais, observações anteriores com ALMA, o Atacama Large Millimeter / submillimeter Array, revelou muita poeira e gás nessas primeiras galáxias que alimentaram a rápida formação de estrelas. Essas observações do ALMA sugeriram que pouco poderia sobrar para alimentar um buraco negro.
Para resolver este mistério, Farina e seus colegas usaram o instrumento MUSE no Very Large Telescope do ESO no deserto chileno de Atacama para estudar quasares - objetos extremamente brilhantes alimentados por buracos negros supermassivos que ficam no centro de galáxias massivas. O estudo pesquisou 31 quasares que são vistos como eram há mais de 12,5 bilhões de anos, numa época em que o Universo ainda era uma criança, apenas cerca de 870 milhões de anos. Esta é uma das maiores amostras de quasares deste início na história do Universo a ser pesquisada.
Os astrônomos descobriram que 12 quasares estavam rodeados por enormes reservatórios de gás:halos de frio, gás hidrogênio denso se estendendo por 100.000 anos-luz dos buracos negros centrais e com bilhões de vezes a massa do sol. O time, da Alemanha, os EUA, Itália e Chile, também descobriram que esses halos de gás estavam fortemente ligados às galáxias, fornecendo a fonte de alimento perfeita para sustentar o crescimento de buracos negros supermassivos e a vigorosa formação de estrelas.
A pesquisa foi possível graças à excelente sensibilidade do MUSE, o Multi Unit Spectroscopic Explorer, no VLT do ESO, que Farina diz ter sido "uma virada de jogo" no estudo dos quasares. "Em questão de algumas horas por alvo, fomos capazes de mergulhar nos arredores dos buracos negros mais massivos e vorazes presentes no jovem Universo, ", acrescenta. Embora os quasares sejam brilhantes, os reservatórios de gás ao redor deles são muito mais difíceis de observar. Mas o MUSE pode detectar o brilho fraco do gás hidrogênio nos halos, permitindo aos astrônomos finalmente revelar os estoques de alimentos que alimentam buracos negros supermassivos no início do Universo.
No futuro, O Telescópio Extremamente Grande do ESO ajudará os cientistas a revelar ainda mais detalhes sobre galáxias e buracos negros supermassivos nos primeiros dois bilhões de anos após o Big Bang. "Com o poder do ELT, seremos capazes de mergulhar ainda mais fundo no Universo inicial para encontrar muito mais nebulosas de gás, Farina conclui.
Esta pesquisa é apresentada em um artigo a ser publicado no The Astrophysical Journal .
