Jest dobrze znanym faktem wśród astronomów i kosmologów, że im dalej w Wszechświat patrzysz, tym dalej widzisz wstecz. A im bliżej astronomów uda się zobaczyć Wielki Wybuch, który miał miejsce 13,8 miliarda lat temu, tym bardziej interesujące stają się odkrycia. Te znaleziska uczą nas najwięcej o najwcześniejszych okresach Wszechświata i jego późniejszej ewolucji.
Na przykład naukowcy korzystający z eksploratora badań w podczerwieni w szerokim polu (WISE) i teleskopów Magellana niedawno zaobserwowali najwcześniejszą jak dotąd supermasywną czarną dziurę (SMBH). Według badań zespołu odkrywców ta czarna dziura ma masę około 800 milionów razy większą niż masa Słońca i znajduje się ponad 13 miliardów lat świetlnych od Ziemi. To czyni go najbardziej odległym i najmłodszym, jaki dotychczas zaobserwowano w SMBH.
Badanie, zatytułowane „Czarna dziura o masie 800 milionów Słońca” w zasadniczo neutralnym Wszechświecie przy przesunięciu ku czerwieni o 7,5 ”, niedawno pojawiło się w czasopiśmie Natura. Zespół kierowany przez Eduardo Bañados, badacza z Carnegie Institution for Science, w skład zespołu wchodzili członkowie NASA Jet Propulsion Laboratory, Max Planck Institute for Astronomy, Kavli Institute for Astronomy and Astrophysics, Obserwatorium Las Cumbres i wielu uniwersytetów.
Podobnie jak w przypadku innych SMBH, to szczególne odkrycie (oznaczone J1342 + 0928) to kwazar, klasa super jasnych obiektów, które składają się z czarnej dziury akreującej materię w centrum masywnej galaktyki. Obiekt został odkryty podczas badania odległych obiektów, które połączyło dane w podczerwieni z misji WISE z badaniami naziemnymi. Zespół następnie sprawdził dane z teleskopów Magellan z Obserwatorium Carnegie w Chile.
Podobnie jak w przypadku wszystkich odległych obiektów kosmologicznych, odległość J1342 + 0928 została określona poprzez pomiar przesunięcia ku czerwieni. Mierząc, o ile długość fali światła obiektu jest rozciągana przez ekspansję Wszechświata, zanim dotrze on do Ziemi, astronomowie są w stanie określić, jak daleko musiał się przebić, aby się tu dostać. W tym przypadku kwazar miał przesunięcie ku czerwieni 7,54, co oznacza, że światło zajęło nam ponad 13 miliardów lat.
Jak wyjaśnił fan Xiaohui z Obserwatorium Stewarda Uniwersytetu Arizony (i współautor badania) w komunikacie prasowym Carnegie:
„Ta duża odległość sprawia, że takie obiekty są wyjątkowo słabe, gdy patrzy się z Ziemi. Wczesne kwazary są również bardzo rzadkie na niebie. Dotychczas znany był tylko jeden kwazar z przesunięciem ku czerwieni większym niż siedem, pomimo szeroko zakrojonych poszukiwań. ”
Biorąc pod uwagę jego wiek i masę, odkrycie tego kwazara było niespodzianką dla zespołu badawczego. Jak stwierdził Daniel Stern, astrofizyk z NAS Propulsion Laboratory i współautor badania, w komunikacie prasowym NASA: „Ta czarna dziura stała się znacznie większa niż się spodziewaliśmy w ciągu zaledwie 690 milionów lat po Wielkim Wybuchu, co stanowi wyzwanie dla naszego teorie o tym, jak powstają czarne dziury ”.
Zasadniczo ten kwazar istniał w czasie, gdy Wszechświat dopiero zaczynał wyłaniać się z tego, co kosmologowie nazywają „ciemnymi wiekami”. W tym okresie, który rozpoczął się około 380 000 lat do 150 milionów lat po Wielkim Wybuchu, większość fotonów we Wszechświecie oddziaływała z elektronami i protonami. W rezultacie promieniowanie tego okresu jest niewykrywalne przez nasze obecne instrumenty - stąd nazwa.
Wszechświat pozostał w tym stanie, bez żadnych źródeł światła, dopóki grawitacja nie skondensowała materii w pierwsze gwiazdy i galaktyki. Okres ten znany jest jako „epoka ponownego narodzin”, która trwała od 150 milionów do 1 miliarda lat po Wielkim Wybuchu i charakteryzowała się powstaniem pierwszych gwiazd, galaktyk i kwazarów. Jest tak nazwany, ponieważ energia uwolniona przez te starożytne galaktyki spowodowała wzbudzenie i jonizację neutralnego wodoru Wszechświata.
Gdy Wszechświat został ponownie rozbity, fotony mogły swobodnie podróżować w przestrzeni, a Wszechświat oficjalnie stał się przezroczysty dla światła. To właśnie sprawia, że odkrycie tego kwazara jest tak interesujące. Jak zauważył zespół, większość otaczającego go wodoru jest obojętna, co oznacza, że jest to nie tylko najodleglejszy kwazar, jaki kiedykolwiek zaobserwowano, ale także jedyny przykład kwazara, który istniał przed rejonizacją Wszechświata.
Innymi słowy, J1342 + 0928 istniał podczas głównego okresu przejściowego dla Wszechświata, który okazuje się być jedną z obecnych granic astrofizyki. Jakby tego było mało, zespół był także zdezorientowany masą obiektu. Aby czarna dziura stała się tak masywna w tym wczesnym okresie Wszechświata, musiałyby istnieć specjalne warunki pozwalające na tak szybki wzrost.
Jednak jakie są te warunki, pozostaje tajemnicą. Cokolwiek by to nie było, ta nowo odkryta SMBH wydaje się konsumować materię w centrum galaktyki w zadziwiającym tempie. Choć odkrycie to wywołało wiele pytań, oczekuje się, że rozmieszczenie przyszłych teleskopów ujawni więcej na temat tego kwazara i jego okresu kosmologicznego. Jak powiedział Stern:
„W związku z budową kilku, jeszcze bardziej wrażliwych obiektów nowej generacji, możemy spodziewać się wielu ekscytujących odkryć we wczesnym wszechświecie w nadchodzących latach.”
Te misje nowej generacji obejmują misję Euclid Europejskiej Agencji Kosmicznej i teleskop szerokopasmowy w podczerwieni NASA (WFIRST). Podczas gdy Euclid zbada obiekty znajdujące się 10 miliardów lat w przeszłości, aby zmierzyć wpływ ciemnej energii na ewolucję kosmiczną, WFIRST przeprowadzi badania w bliskiej podczerwieni w szerokim polu, aby zmierzyć światło pochodzące z miliarda galaktyk.
Oczekuje się, że obie misje ujawnią więcej obiektów, takich jak J1342 + 0928. Obecnie naukowcy przewidują, że na niebie jest tylko 20 do 100 kwazarów tak jasnych i odległych jak J1342 + 0928. Jako tacy byli najbardziej zadowoleni z tego odkrycia, które powinno dostarczyć nam podstawowych informacji o Wszechświecie, gdy miał on zaledwie 5% jego obecnego wieku.
