I ricercatori che utilizzano l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) hanno scoperto un vento galattico titanico guidato da un buco nero supermassiccio 13,1 miliardi di anni fa. Questo è il primo esempio mai osservato di un tale vento fino ad oggi ed è un segno rivelatore che enormi buchi neri hanno un profondo effetto sulla crescita delle galassie fin dalle origini dell'universo.

Al centro di molte grandi galassie si nasconde un buco nero supermassiccio che è da milioni a miliardi di volte più massiccio del Sole. interessante, la massa del buco nero è approssimativamente proporzionale alla massa della regione centrale (rigonfiamento) della galassia nell'universo vicino. A prima vista, questo può sembrare ovvio, ma in realtà è molto strano. Il motivo è che le dimensioni delle galassie e dei buchi neri differiscono di circa 10 ordini di grandezza. Sulla base di questa relazione proporzionale tra le masse di due oggetti di dimensioni così diverse, gli astronomi credono che galassie e buchi neri siano cresciuti e si siano evoluti insieme (coevoluzione) attraverso una sorta di interazione fisica.

Un vento galattico può fornire questo tipo di interazione fisica tra buchi neri e galassie. Un buco nero supermassiccio ingoia una grande quantità di materia. Quando quella materia inizia a muoversi ad alta velocità a causa della gravità del buco nero, emette un'energia intensa, che può spingere la materia circostante verso l'esterno. È così che si crea il vento galattico.

"La domanda è, quando sono nati i venti galattici nell'universo?" dice Takuma Izumi, l'autore principale del documento di ricerca e ricercatore presso l'Osservatorio Astronomico Nazionale del Giappone (NAOJ). "Questa è una domanda importante perché è correlata a un importante problema in astronomia:come hanno coevoluto le galassie e i buchi neri supermassicci?"

Il team di ricerca ha utilizzato per la prima volta il telescopio Subaru della NAOJ per cercare buchi neri supermassicci. Grazie alla sua capacità di osservazione ad ampio campo, hanno trovato più di 100 galassie con buchi neri supermassicci nell'universo più di 13 miliardi di anni fa.

Quindi, il team di ricerca ha utilizzato l'elevata sensibilità di ALMA per studiare il movimento del gas nelle galassie ospiti dei buchi neri. ALMA ha osservato una galassia HSC J124353.93+010038.5 (di seguito J1243+0100), scoperto dal telescopio Subaru, e catturate le onde radio emesse dalla polvere e dagli ioni carbonio nella galassia.

L'analisi dettagliata dei dati ALMA ha rivelato che c'è un flusso di gas ad alta velocità che si muove a 500 km al secondo in J1243+0100. Questo flusso di gas ha energia sufficiente per allontanare il materiale stellare nella galassia e fermare l'attività di formazione stellare. Il flusso di gas trovato in questo studio è veramente un vento galattico, ed è il più antico esempio osservato di una galassia con un enorme vento di dimensioni galattiche. Il precedente detentore del record era una galassia circa 13 miliardi di anni fa; quindi questa osservazione spinge l'inizio indietro di altri 100 milioni di anni.

Il team ha anche misurato il movimento del gas silenzioso in J1243+0100, e stimò la massa del rigonfiamento della galassia, in base al suo equilibrio gravitazionale, essere circa 30 miliardi di volte quella del sole. La massa del buco nero supermassiccio della galassia, stimata con un altro metodo, era circa l'1% di quello. Il rapporto di massa tra il rigonfiamento e il buco nero supermassiccio in questa galassia è quasi identico al rapporto di massa tra buchi neri e galassie nell'universo moderno. Ciò implica che la coevoluzione di buchi neri e galassie supermassicci si verifica da meno di un miliardo di anni dopo la nascita dell'universo.

"Le nostre osservazioni supportano recenti simulazioni al computer ad alta precisione che hanno previsto che le relazioni coevolutive erano in atto anche a circa 13 miliardi di anni fa, " commenta Izumi. "Abbiamo in programma di osservare un gran numero di tali oggetti in futuro, e spero di chiarire se la coevoluzione primordiale vista in questo oggetto è un'immagine accurata dell'universo generale in quel momento."

Questi risultati di osservazione sono presentati come Takuma Izumi et al. "Subaru High-z Exploration of Low-luminosity Quasars (SHELLQs). XIII. Feedback su larga scala e formazione di stelle in un Quasar a bassa luminosità a z =7.07, " nel Giornale Astrofisico il 14 giugno, 2021.