Durante los primeros mil millones de años del universo, los vientos que soplaban los agujeros negros supermasivos en los centros de las galaxias eran mucho más frecuentes y poderosos que los observados en las galaxias actuales, unos 13 mil millones de años después. Esos vientos eran tan poderosos que ralentizaban el crecimiento de los agujeros negros supermasivos de los que se originan. Estos son los resultados de un estudio dirigido por tres investigadores del Instituto Nacional Italiano de Astrofísica (INAF) en Trieste, publicado hoy en la revista Nature
The work is based on the observations of 30 quasars observed with the Very Large Telescope (VLT) at ESO’s Paranal Observatory in Chile. Quasars are extremely bright, point-like sources at the cores of distant galaxies, whose emission arises from the intense activity of the central supermassive black holes sucking in the surrounding matter. The host galaxies of these quasars were observed around cosmic dawn, when the universe was between 500 million and 1 billion years old.
“For the first time, we measured the fraction of quasars in the young universe exhibiting black hole winds,” says Manuela Bischetti, INAF researcher in Trieste and first author of the new study. “Unlike what we observe in the universe closer to us, we discovered that black hole winds in the young universe are very frequent, have high speeds up to 17 percent of the speed of light, and inject large amounts of energy into their host galaxy.”
About half of the quasars observed in this research show black hole winds, which are much more frequent and 20 times more powerful than the ones known in the quasars of the more nearby cosmos when the universe was around 4 billion years old.
“Observations of black holes in the young universe show that they grow much faster than their host galaxies, whereas in the local universe, we know that black holes and galaxies co-evolve,” adds co-author Chiara Feruglio, INAF researcher in Trieste. “This implies that a mechanism must have acted at some point in the universe, slowing down black hole growth. Our observations enabled us to identify this mechanism in the black hole winds produced when the universe was 0.5 to 1 billion years old.”
The energy injected by winds would have been thus able to halt further matter accretion onto the black hole, slowing down its growth and kicking off a “common evolution” phase between the black hole and its host galaxy. “This study allowed us to identify the epoch in the history of the universe during which the impact of black hole winds started being significant,” adds Bischetti. “This has a huge impact on our knowledge of the initial phases of growth of black holes and their host galaxies, setting strong constraints on the models that describe the formation of the first galaxies.”
Un descubrimiento totalmente inesperado, fue posible gracias a los datos de alta calidad del instrumento Xshooter instalado en el VLT en el contexto de un gran programa de ESO con alrededor de 250 horas de observaciones.
“Los cuásares se encuentran entre los objetos más brillantes observables en el universo primitivo, pero debido a su distancia, son bastante débiles en términos de magnitud observada”, explica la coautora Valentina D’Odorico de INAF en Trieste, afiliada a Scuola Normale Superiore en Pisa. e investigador principal del programa de observación en el que se basa el estudio. “La gran inversión de tiempo dedicada a la observación de estos objetos y las capacidades únicas de X-shooter en términos de eficiencia, cobertura de longitud de onda y poder de resolución nos han permitido obtener espectros de muy buena calidad que posibilitaron este interesante resultado”.
“Desde hace algunos años hemos tenido indicios de que los agujeros negros mil millones de veces más masivos que el sol… podrían lanzar poderosos vientos que viajan a una velocidad equivalente al 20 por ciento de la velocidad de la luz hacia su entorno”, agrega Andrea Ferrara. , profesor de la Scuola Normale Superiore (SNS) y coautor del estudio. “Hoy tenemos la confirmación de esto gracias a los datos obtenidos con un telescopio europeo por un equipo con una fuerte impronta y liderazgo italiano. El SNS ha contribuido en el lado de la interpretación teórica. El descubrimiento de estos espectaculares vientos galácticos en tiempos tan remotos podría haber tuvo implicaciones enormes y aún inexploradas para el nacimiento y la evolución de galaxias como la nuestra. Abordaremos estas preguntas en la continuación de este estudio”.
El programa no había sido diseñado originalmente para este objetivo científico, sino para estudiar principalmente el gas intergaláctico en el universo primitivo. Sobre la base de la información de cuásares más cercanos, se pensó que tales vientos eran raros. “Afortunadamente, solíamos decir que debido a que estas características complican la reconstrucción de la emisión intrínseca del cuásar, los astrónomos de nuestra colaboración no las deseaban y estudiaban el medio intergaláctico a lo largo de la línea de visión”, dice D’Odorico. “Inesperadamente, encontramos que estos vientos son muy comunes en el universo joven, lo que complicó nuestro análisis pero nos ofreció la oportunidad de descubrir un resultado muy importante”.
