Astronomer som använder National Science Foundation: s Very Large Array (VLA) radioteleskop för att studera den mest avlägsna kända kvasaren har hittat en främmande ledtråd som kan besvara en långvarig kosmisk kyckling-och-ägg-fråga: vilken kom först, supermassiva svarta hål eller jättegalaxer?
I flera år har astronomer noterat ett direkt samband mellan massan i galaxens centrala, supermassiva svarta hål och den totala massan av "utbuktningen" av stjärnor i dess kärna. Ju mer massivt det svarta hålet, desto mer massivt utbuktningen. Forskare har spekulerat i stor utsträckning om det svarta hålet eller den stellar utbuktningen först bildades. Nyligen har vissa teorier föreslagit att de två kan bildas samtidigt.
Emellertid visar de nya VLA-observationerna av en kvasar och dess värdgalaxi som de var när universum var mindre än en miljard år gammal tyder på att den unga galaxen har ett supermassivt svart hål men ingen massiv utbuktning av stjärnor.
”Vi hittade en stor mängd gas i den här unga galaxen, och när vi lägger massan av denna gas till den i det svarta hålet, lägger de upp till nästan den totala massan i hela systemet. Galaxens dynamik innebär att det inte finns mycket massa kvar för att bilda storleken på den stellar utbuktning som förutsäges av nuvarande modeller, säger Chris Carilli, National Radio Astronomy Observatory (NRAO), i Socorro, NM.
Forskarna studerade en kvasar kallad J1148 + 5251, som vid mer än 12,8 miljarder ljusår är den mest avlägsna kvasaren som hittills hittats. Upptäckt 2003 av Sloan Digital Sky Survey, J1148 + 5251 är en ung galax med en ljus kvasarkärna sett som den var när universumet bara var 870 miljoner år gammalt. Universum är nu 13,7 miljarder år gammalt.
Genom att sikta VLA till J1148 + 4241 i cirka 60 timmar kunde forskarna bestämma mängden molekylär gas i systemet. Dessutom kunde de mäta rörelserna för den gasen och därmed uppskatta den totala massan för det galaktiska systemet. Tidigare studier av systemet hade gjort uppskattningar att det svarta hålet var 1 till 5 miljarder gånger massan av vår sol.
De nya VLA-observationerna indikerar att det finns cirka 10 miljarder solmassor av molekylgas i systemet, och att systemets totala massa är 40-50 miljarder solmassor. Gasen och det svarta hålet tillsammans utgör således 11-15 miljarder solmassor av det totala beloppet.
”Det accepterade förhållandet indikerar att ett svart hål i denna massa bör omges av en stellar utbuktning av flera biljoner solmassor. Vår dynamiska mätning visar att det inte finns mycket massa kvar, exklusive det svarta hålet och gasen, för att bilda en stellar utbuktning. Detta ger bevis på att det svarta hålet bildas före den stellar utbuktningen, ”säger Fabian Walter, från Max Planck Institute for Radioastronomy i Heidelberg, Tyskland, som var en Jansky postdoktor vid NRAO i Socorro när observationerna gjordes.
"Ett exempel gör verkligen inte fallet, men i det här objektet har vi tydligen ett exempel på ett svart hål utan mycket av en stellar utbuktning. Nu måste vi göra detaljerade studier av fler sådana föremål i det avlägsna, tidiga universum, ”sa Carilli. "Med den enormt förbättrade känsligheten hos den utvidgade VLA och Atacama Large Millimeter Array (ALMA), som kommer att komma på linje om några år, kommer vi att ha de verktyg som vi behöver för att lösa denna fråga definitivt," tillade Carilli.
"Studier som denna är nyckeln till att förstå hur galaxer först bildades," sade Walter.
Walter och Carilli arbetade med Frank Bertoldi och Karl Menten från Max Planck Institute i Bonn; Pierre Cox från Institute of Space Astrophysics vid University of Paris-South; Fred K.Y. Lo av NRAO i Charlottesville, VA; Xiahui Fan av University of Arizona Steward Observatory; och Michael Strauss från Princeton University, om projektet. Deras forskningsresultat publiceras i Astrophysical Journal Letters.
National Radio Astronomy Observatory är en anläggning från National Science Foundation, som drivs under samarbetsavtal av Associated Universities, Inc.
Originalkälla: NRAO-nyhetsmeddelande
