Galaktyki nie są rozrzucone losowo po całym wszechświecie. Gromadzą się nie tylko w klastry, ale także w rozległe, wzajemnie połączone włókniste struktury z gigantycznymi jałowymi pustkami pomiędzy nimi. Ta „kosmiczna sieć” na początku była słaba iz czasem stała się bardziej wyraźna, gdy grawitacja połączyła materię.
Astronomowie korzystający z należącego do NASA Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba odkryli podobny do nitki układ 10 galaktyk, który istniał zaledwie 830 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Struktura o długości 3 milionów lat świetlnych jest zakotwiczona przez świecący kwazar – galaktykę z aktywną, supermasywną czarną dziurą w jądrze. Zespół wierzy, że włókno ostatecznie przekształci się w masywną gromadę galaktyk, podobnie jak dobrze znana gromada Coma w pobliskim wszechświecie.
„Byłem zaskoczony tym, jak długie i jak wąskie jest to włókno” – powiedział członek zespołu Xiaohui Fan z University of Arizona w Tucson. „Spodziewałem się, że coś znajdę, ale nie spodziewałem się tak długiej, wyraźnie cienkiej struktury”.
„To jedna z najwcześniejszych struktur włóknistych, jakie ludzie kiedykolwiek znaleźli, związanych z odległym kwazarem” – dodał Feige Wang z University of Arizona w Tucson, główny badacz tego programu.
Odkrycie to pochodzi z projektu ASPIRE (A SPectroskopowe badanie biasowych halo w erze rejonizacji), którego głównym celem jest badanie kosmicznego środowiska najwcześniejszych czarnych dziur. W sumie program będzie obserwował 25 kwazarów, które istniały w ciągu pierwszego miliarda lat po Wielkim Wybuchu, w czasie znanym jako epoka rejonizacji.
„Ostatnie dwie dekady badań kosmologicznych dały nam solidne zrozumienie, w jaki sposób tworzy się i ewoluuje kosmiczna sieć. ASPIRE ma na celu zrozumienie, w jaki sposób włączyć pojawienie się najwcześniejszych masywnych czarnych dziur do naszej obecnej historii powstawania kosmicznej struktury” wyjaśnił członek zespołu, Joseph Hennawi z University of California, Santa Barbara.
Rosnące potwory
Kolejna część badań dotyczy właściwości ośmiu kwazarów w młodym wszechświecie. Zespół potwierdził, że ich centralne czarne dziury, które istniały mniej niż miliard lat po Wielkim Wybuchu, mają masę od 600 milionów do 2 miliardów mas Słońca. Astronomowie nadal szukają dowodów, aby wyjaśnić, w jaki sposób te czarne dziury mogą tak szybko rosnąć.
„Aby uformować te supermasywne czarne dziury w tak krótkim czasie, muszą być spełnione dwa kryteria. Po pierwsze, trzeba zacząć wyrastać z masywnej „nasiona” czarnej dziury. Po drugie, nawet jeśli to ziarno zaczyna się od masy odpowiadającej tysiącowi Słońc , wciąż musi gromadzić milion razy więcej materii w maksymalnym możliwym tempie przez całe swoje życie” – wyjaśnił Wang.
„Te bezprecedensowe obserwacje dostarczają ważnych wskazówek na temat tego, jak powstają czarne dziury. Dowiedzieliśmy się, że te czarne dziury znajdują się w masywnych, młodych galaktykach, które stanowią rezerwuar paliwa dla ich wzrostu” – powiedział Jinyi Yang z University of Arizona, który jest prowadząc badania czarnych dziur za pomocą ASPIRE.
Webb dostarczył również najlepszych jak dotąd dowodów na to, jak wczesne supermasywne czarne dziury potencjalnie regulują powstawanie gwiazd w swoich galaktykach. Podczas gdy supermasywne czarne dziury gromadzą materię, mogą również zasilać ogromne wypływy materii. Wiatry te mogą rozciągać się daleko poza samą czarną dziurę w skali galaktycznej i mogą mieć znaczący wpływ na powstawanie gwiazd.
„Silne wiatry z czarnych dziur mogą hamować powstawanie gwiazd w galaktyce macierzystej. Takie wiatry zaobserwowano w pobliskim wszechświecie, ale nigdy nie zaobserwowano ich bezpośrednio w epoce rejonizacji” – powiedział Yang. „Skala wiatru jest związana ze strukturą kwazara. W obserwacjach Webba widzimy, że takie wiatry istniały we wczesnym wszechświecie”.
Wyniki te zostały opublikowane w dwóch artykułach w The Astrophysical Journal Letters 29 czerwca.