ที่ใจกลางของกาแลคซีขนาดใหญ่หลายแห่งซ่อนหลุมดำมวลมหาศาลซึ่งมีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์หลายล้านถึงพันล้านเท่า ที่น่าสนใจคือมวลของหลุมดำเป็นสัดส่วนคร่าวๆ กับมวลของภาคกลาง (นูน) ของดาราจักรในเอกภพใกล้เคียง เมื่อมองแวบแรก นี่อาจดูเหมือนชัดเจน แต่จริงๆ แล้วแปลกมาก เหตุผลก็คือขนาดของกาแลคซีและหลุมดำต่างกันประมาณ 10 ลำดับของขนาด จากความสัมพันธ์เชิงสัดส่วนระหว่างมวลของวัตถุสองชิ้นที่มีขนาดต่างกันมาก นักดาราศาสตร์เชื่อว่าดาราจักรและหลุมดำเติบโตและพัฒนาร่วมกัน (วิวัฒนาการร่วมกัน) ผ่านปฏิสัมพันธ์ทางกายภาพบางประเภท

ลมดาราจักรสามารถทำให้เกิดปฏิสัมพันธ์ทางกายภาพระหว่างหลุมดำกับกาแลคซี่ได้ หลุมดำมวลมหาศาลกลืนสสารจำนวนมาก เมื่อสสารนั้นเริ่มเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของหลุมดำ มันจะปล่อยพลังงานที่รุนแรงออกมา ซึ่งสามารถผลักสสารรอบข้างออกไปด้านนอกได้ นี่คือวิธีสร้างลมกาแล็กซี่

'คำถามคือเมื่อใดที่ลมกาแล็กซี่เกิดขึ้นในจักรวาล' Takuma Izumi ผู้เขียนนำรายงานการวิจัยและนักวิจัยจาก National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) กล่าว 'นี่เป็นคำถามที่สำคัญเพราะมันเกี่ยวข้องกับปัญหาสำคัญทางดาราศาสตร์: กาแล็กซีและหลุมดำมวลมหาศาลเกิดร่วมกันได้อย่างไร'

ทีมวิจัยได้ใช้กล้องโทรทรรศน์ซูบารุของ NAOJ เพื่อค้นหาหลุมดำมวลมหาศาล ด้วยความสามารถในการสังเกตการณ์ในสนามกว้าง พวกเขาพบกาแลคซีมากกว่า 100 แห่งที่มีหลุมดำมวลมหาศาลในจักรวาลเมื่อกว่า 13 พันล้านปีก่อน

จากนั้นทีมวิจัยได้ใช้ความไวสูงของ ALMA เพื่อตรวจสอบการเคลื่อนที่ของก๊าซในกาแลคซีที่เป็นโฮสต์ของหลุมดำ ALMA สังเกตกาแล็กซี HSC J124353.93+010038.5 (ต่อไปนี้จะเรียกว่า J1243+0100) ค้นพบโดยกล้องโทรทรรศน์ซูบารุ และจับคลื่นวิทยุที่ปล่อยออกมาจากฝุ่นและไอออนของคาร์บอนในดาราจักร

การวิเคราะห์โดยละเอียดของข้อมูล ALMA เปิดเผยว่ามีการไหลของก๊าซความเร็วสูงที่ 500 กม. ต่อวินาทีใน J1243+0100 การไหลของก๊าซนี้มีพลังงานเพียงพอที่จะผลักสสารในดาราจักรออกไปและหยุดการก่อตัวดาวฤกษ์ การไหลของก๊าซที่พบในการศึกษานี้เป็นลมดาราจักรอย่างแท้จริง และเป็นตัวอย่างที่เก่าแก่ที่สุดที่สังเกตได้ของดาราจักรที่มีลมมหึมาขนาดเท่าดาราจักร เจ้าของสถิติคนก่อนคือดาราจักรเมื่อประมาณ 13 พันล้านปีก่อน ดังนั้นข้อสังเกตนี้จึงผลักดันให้การเริ่มต้นย้อนกลับไปอีก 100 ล้านปี

ทีมงานยังได้วัดการเคลื่อนที่ของก๊าซเงียบใน J1243+0100 และประเมินมวลของส่วนนูนของดาราจักรโดยพิจารณาจากสมดุลความโน้มถ่วงจะอยู่ที่ประมาณ 30 พันล้านเท่าของดวงอาทิตย์ มวลของหลุมดำมวลมหาศาลของดาราจักรนั้น ประเมินโดยวิธีอื่นนั้นอยู่ที่ประมาณ 1% ของมวลนั้น อัตราส่วนมวลของส่วนที่นูนต่อหลุมดำมวลมหาศาลในดาราจักรนี้เกือบจะเท่ากันกับอัตราส่วนมวลของหลุมดำต่อดาราจักรในเอกภพสมัยใหม่ นี่หมายความว่าการวิวัฒนาการร่วมกันของหลุมดำมวลมหาศาลและกาแลคซี่ได้เกิดขึ้นตั้งแต่น้อยกว่าหนึ่งพันล้านปีหลังจากการกำเนิดของจักรวาล

'การสังเกตของเราสนับสนุนการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ที่มีความแม่นยำสูงเมื่อเร็วๆ นี้ ซึ่งคาดการณ์ว่าความสัมพันธ์แบบวิวัฒนาการจะเกิดขึ้นแม้เมื่อประมาณ 13 พันล้านปีก่อน' Izumi ให้ความเห็น 'เรากำลังวางแผนที่จะสังเกตวัตถุดังกล่าวจำนวนมากในอนาคต และหวังว่าจะชี้แจงว่าวิวัฒนาการร่วมดั้งเดิมที่เห็นในวัตถุนี้เป็นภาพที่ถูกต้องของจักรวาลทั่วไปในขณะนั้นหรือไม่'

ผลการสังเกตเหล่านี้นำเสนอเป็น Takuma Izumi et al 'Subaru High-z Exploration of Low-Luminosity Quasars (SHELLQs) XIII. Large-scale Feedback and Star Formation in a Low-Luminosity Quasar at z = 7.07' ในวารสาร Astrophysical Journalเมื่อวันที่ 14 มิถุนายน พ.ศ. 2564