Kwazary to zwarte źródła promieniowania elektromagnetycznego, rodzaj aktywnego jądra galaktyki zasilanego przez supermasywną czarną dziurę. W nowych badaniach naukowcy zidentyfikowali kwazar, który jest nie tylko najjaśniejszym obiektem, jaki kiedykolwiek zaobserwowano, ale zawiera też najszybciej rosnącą czarną dziurę. Obiekt ten każdego dnia pochłania materię o masie równej naszemu Słońcu.
Kwazary należą do najjaśniejszych obiektów we Wszechświecie. To rodzaj galaktycznych jąder, a ich siłą napędową są znajdujące się w centrum supermasywne czarne dziury, otoczone dyskiem akrecyjnym uformowanym przez opadającą na nie materię. Samej czarnej dziury nie da się zaobserwować, ale materię w dysku akrecyjnym już tak. Materia opadająca w czarną dziurę uwalnia gigantyczne ilości energii, które manifestują się w postaci ekstremalnie intensywnego promieniowania elektromagnetycznego, obejmującego niemal całe spektrum: od fal radiowych po wysokoenergetyczne promieniowanie gamma. Jasność tej opadającej materii może nawet tysiąckrotnie przekraczać jasność galaktyki macierzystej. Dzięki temu jesteśmy w stanie obserwować kwazary znajdujące się w ogromnej odległości od Ziemi.
Odległy kwazar, oznaczony jako J0529-4351, początkowo został wzięty za gwiazdę, jednak w rzeczywistości okazał się być nie tylko najjaśniejszym obiektem w swoim rodzaju, ale także najjaśniejszym obiektem, jaki kiedykolwiek zaobserwowano. Co więcej, czarna dziura w jego centrum wydaje się być najżarłoczniejszą z dotąd obserwowanych. Każdego dnia pochłania ona gaz i pył o masie Słońca, co czyni ją najszybciej rosnącą czarną dziurą w historii.
Opis i rezultaty badań ukazały się na łamach pisma „Nature Astronomy” (DOI: 10.1038/s41550-024-02195-x).
- Odkryliśmy najszybciej rosnącą czarną dziurę. Ma masę 17 miliardów Słońc i zjada nieco ponad jedno Słońce dziennie. To czyni ją najjaśniejszym obiektem w znanym Wszechświecie – mówi Christian Wolf z Australijskiego Uniwersytetu Narodowego (ANU) i główny autor publikacji.
Kwazar J0529-4351 znajduje się ponad 12 miliardów lat świetlnych od Ziemi. W jego centrum znajduje się supermasywna czarna dziura. Obiekty te nie emitują i nie odbijają światła, dlatego bardzo trudno je wykryć. Są tak masywne, że po osiągnięciu pewnego punktu (horyzontu zdarzeń) prędkość ucieczki, czyli prędkość potrzebna do opuszczenia pola grawitacyjnego obiektu, przekracza prędkość światła w próżni i nawet światło nie jest w stanie opuścić tego obszaru.
O ich obecności astronomowie wnioskują na podstawie efektów grawitacyjnych wywieranych na otoczenie, czyli zachowania gwiazd i materii w ich najbliższym sąsiedztwie. Jednak w sytuacji, gdy czarna dziura pochłania materię, jest ona dobrze widoczna. Intensywne tarcie i grawitacja powodują, że materia ta nagrzewa się do ogromnych temperatur, świecąc jasno w przestrzeni kosmicznej. Astronomowie mogą badać to światło, rozrywając je na kawałki, aby poznać właściwości znajdującej się w nim czarnej dziury.
Materia z dysku akrecyjnego otaczającego czarną dziurę w kwazarze J0529-4351 emituje tak dużo energii, że sam kwazar jest ponad 500 bilionów razy jaśniejszy od Słońca. - Całe to światło pochodzi z gorącego dysku akrecyjnego o średnicy siedmiu lat świetlnych. Musi to być największy dysk akrecyjny we Wszechświecie – mówi współautor publikacji dr Samuel Lai z ANU. Dla porównania, siedem lat świetlnych to około 15 tys. razy większy dystans niż odległość od Słońca do orbity Neptuna.
Co ciekawe, obiekt określany jako J0529-4351 pojawił się na zdjęciach z przeglądu nieba realizowanego w 1980 roku przez ESO, ale został uznany za gwiazdę. Zautomatyzowana analiza danych z satelity Gaia Europejskiej Agencji Kosmicznej też uznała obiekt za gwiazdę. Dopiero teraz odkryto jego prawdziwą naturę, a wykorzystano do tego teleskop w Obserwatorium Siding Spring w Australii oraz spektrograf X-shooter na teleskopie VLT na chilijskiej pustyni Atakama.
Znalezienie kwazarów wymaga precyzyjnych danych obserwacyjnych z dużych obszarów nieba. Powstałe zbiory danych są tak duże, że badacze często wykorzystują modele uczenia maszynowego do ich analizy i odróżniania kwazarów od innych ciał niebieskich. Jednak modele te są szkolone na istniejących danych, co ogranicza poszukiwania. Jeśli nowy kwazar jest jaśniejszy niż jakikolwiek inny zaobserwowany wcześniej, algorytmy mogą go odrzucić i zamiast tego sklasyfikować jako gwiazdę niezbyt odległą od Ziemi.
Znalezienie i badanie odległych supermasywnych czarnych dziur może rzucić światło na niektóre tajemnice wczesnego Wszechświata, w tym na to, w jaki sposób te obiekty i ich galaktyki macierzyste formowały się i ewoluowały.
Źródło: ESO, fot. ESO/M. Kornmesser
