Międzynarodowy zespół astronomów odkrył 83 kwazary we wczesnym Wszechświecie, w czasach, gdy ten miał zaledwie jedną dziesiątą obecnego wieku. Kwazary te zasilane supermasywnymi czarnymi dziurami dają naukowcom cenne informacje na temat pierwszego miliarda lat historii Wszechświata.
Odkrycia zostały zgłoszone w pięciu różnych publikacjach, które szczegółowo opisują właściwości obiektów. Dwie ukazały się w „The Astrophysical Journal” (1 i 2). Reszta w: „The Astrophysical Journal Letters”, „The Astrophysical Journal Supplement Series” oraz w „Publications of the Astronomical Society of Japan”. Za odkryciami stoją astronomowie z Japonii i Tajwanu oraz z amerykańskiej uczelni Princeton University.
Wyniki opublikowanych badań znacznie zwiększają liczbę znanych czarnych dziur we wczesnym Wszechświecie. Pokazują też, że tego typu obiekty były powszechne na początku historii. Ponadto dają wskazówki dotyczące wpływu czarnych dziur na stan fizyczny gazu w ciągu pierwszego miliarda lat.
Naukowcy zaobserwowali 100 kwazarów z wczesnego Wszechświata. O 17 z nich już wiedzieliśmy. 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 spadającą materię. Materia opadająca w czarną dziurę uwalnia gigantyczne ilości energii, które manifestują się w postaci ekstremalnie intensywnego promieniowania elektromagnetycznego, które obejmuje niemal całe spektrum: od fal radiowych po wysokoenergetyczne promieniowanie gamma.
- To niezwykłe, że tak masywne, gęste obiekty mogły uformować się tak szybko po Wielkim Wybuchu - powiedział Michael Strauss z Princeton University, jeden ze współautorów badania. – Zrozumienie tego, jak czarne dziury mogą tworzyć się we wczesnym Wszechświecie i jak powszechnie występują, jest wyzwaniem dla naszych modeli kosmologicznych – dodał.
Supermasywne czarne dziury znajdujące się w centrach galaktyk mogą być miliony, a nawet miliardy razy bardziej masywne niż Słońce. Chociaż dziś występują powszechnie, nie jest jasne, kiedy po raz pierwszy się uformowały i ile ich istniało we wczesnym Wszechświecie. Supermasywna czarna dziura staje się widoczna, gdy gromadzi się wokół niej o opada na nią gaz powodując, że świeci ona jako „kwazar”.
Poprzednie badania pozwalały zobaczyć tylko najjaśniejsze kwazary, które są bardzo rzadkie, ale współistnieją z najbardziej masywnymi czarnymi dziurami. Nowe odkrycia badają populację słabszych kwazarów, zasilanych czarnymi dziurami o masach porównywalnych z większością czarnych dziur widzianych we współczesnym Wszechświecie.
Zespół badawczy wykorzystał dane z najnowocześniejszego instrumentu Hyper Suprime-Cam (HSC), zamontowanego na teleskopie Subaru w National Astronomical Observatory of Japan, który znajduje się na szczycie Maunakea na Hawajach. HSC ma gigantyczne pole widzenia - 1,77 stopnia - to siedem razy więcej niż obszar księżyca w pełni. Zamontowany jest na jednym z największych teleskopów na świecie.
Badacze najpierw wybrali kandydatów na kwazary korzystając z danych HSC. Następnie przeprowadzili intensywną kampanię obserwacyjną w celu uzyskania widm tych kandydatów. W tym celu uczeni skorzystali z trzech teleskopów: teleskopu Subaru, Gran Telescopio Canarias na wyspie La Palma na Wyspach Kanaryjskich i Gemini South Telescope w Chile.
Badanie ujawniło 83 nieznane wcześniej bardzo odległe kwazary. Razem z 17 znanymi już kwazarami naukowcy odkryli, że na giga-rok-świetlny sześcienny przypada mniej więcej jedna supermasywna czarna dziura. Innymi słowy, jeśli podzielilibyśmy Wszechświat na sześciany o boku miliard lat świetlnych, to każdy z nich zawierałby jedną supermasywną czarną dziurę.
Światło z jednego z najbardziej odległych znanych nam kwazarów, zasilane przez supermasywną czarną dziurę leżącą 13,05 miliarda lat świetlnych od Ziemi. Pozostałe obiekty to głównie gwiazdy w Drodze Mlecznej lub galaktyki wzdłuż linii wzroku. Fot. National Astronomical Observatory of Japan
Kwazary, o których mowa, znajdują się około 13 miliardów lat świetlnych od Ziemi. Oznacza to, że widzimy je takimi, jakie były 13 miliardów lat temu. Wielki Wybuch miał miejsce 13,8 miliarda lat temu, zatem badania te są spojrzeniem w odległą przeszłość do czasów, gdy Wszechświat miał zaledwie 800 milionów lat.
Naukowcy uważają, że wodór we wczesnym Wszechświecie został podzielony na składowe protony i elektrony - w czasie, gdy narodziła się pierwsza generacja gwiazd, galaktyk i supermasywnych czarnych dziur. Miało to miejsce w pierwszych kilkuset milionach lat po Wielkim Wybuchu. To kluczowy etap w kosmicznej historii, ale astronomowie nadal nie wiedzą, co zapewniło niesamowitą ilość energii do tego potrzebnej.
Jedna z hipotez sugeruje, że odpowiadają za to kwazary - których we wczesnym Wszechświecie było o wiele więcej - i ich zintegrowane promieniowanie. Ale nie wszyscy się z nią zgadzają. - Liczba zaobserwowanych kwazarów pokazuje, że tak nie jest. Jest ich znacznie mniej niż potrzeba do wyjaśnienia tej zagadki - powiedział Robert Lupton z Princeton University.
Opierając się na dotychczasowych wynikach, zespół naukowców ma nadzieję na znalezienie jeszcze bardziej odległych czarnych dziur. Być może uda im się odkryć, kiedy we Wszechświecie pojawiła się pierwsza supermasywna czarna dziura.
Źródło: Princeton University
