Obserwatorium rentgenowskie Chandra NASA uzyskało ostateczne dowody na to, że odległy kwazar powstał niespełna miliard lat po tym, jak Wielki Wybuch zawiera w pełni rozwiniętą supermasywną czarną dziurę wytwarzającą energię w tempie dwudziestu bilionów słońc. Istnienie tak masywnych czarnych dziur we wczesnej epoce Wszechświata podważa teorie powstawania galaktyk i supermasywnych czarnych dziur.
Astronomowie Daniel Schwartz i Shanil Virani z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics w Cambridge, MA, zaobserwowali kwazar, znany jako SDSSp J1306, który znajduje się w odległości 12,7 miliarda lat świetlnych. Ponieważ szacuje się, że Wszechświat ma 13,7 miliarda lat, kwazar widzimy jak miliard lat po Wielkim Wybuchu. Odkryli, że rozkład promieni rentgenowskich z energią lub widmem rentgenowskim jest nie do odróżnienia od rozkładu pobliskich, starszych kwazarów. Podobnie, względna jasność przy długościach fal optycznych i rentgenowskich SDSSp J1306 była podobna do jasności pobliskiej grupy kwazarów. Obserwacje optyczne sugerują, że masa czarnej dziury wynosi około miliarda mas Słońca.
Dowody innej supermasywnej czarnej dziury z wczesnej epoki zostały opublikowane wcześniej przez zespół naukowców z California Institute of Technology i Wielkiej Brytanii za pomocą satelity rentgenowskiego XMM-Newton. Obserwowali kwazar SDSSp J1030 w odległości 12,8 miliarda lat świetlnych i znaleźli zasadniczo taki sam wynik dla widma rentgenowskiego, jak naukowcy Smithsonian odkryli dla SDSSp J1306. Dokładna lokalizacja i spektrum Chandry dla SDSSp J1306 o prawie tych samych właściwościach eliminuje wszelką niepewność, że istnieją przedwczesne supermasywne czarne dziury.
„Te dwa wyniki wydają się wskazywać, że sposób, w jaki supermasywne czarne dziury wytwarzają promieniowanie rentgenowskie, pozostał zasadniczo taki sam od bardzo wczesnej daty we Wszechświecie”, powiedział Schwartz. „Oznacza to, że centralny silnik czarnej dziury w masywnej galaktyce powstał wkrótce po Wielkim Wybuchu.”
Wśród astronomów panuje ogólna zgoda co do tego, że promieniowanie rentgenowskie z okolic supermasywnych czarnych dziur powstaje, gdy gaz jest przyciągany w kierunku czarnej dziury i podgrzewany do temperatur w zakresie od milionów do miliardów stopni. Większość tego gazu jest skoncentrowana w szybko obracającym się dysku, którego wewnętrzna część ma gorącą atmosferę lub koronę, w której temperatura może wzrosnąć do miliardów stopni.
Chociaż dokładna geometria i szczegóły wytwarzania promieni rentgenowskich nie są znane, obserwacje licznych kwazarów lub supermasywnych czarnych dziur wykazały, że wiele z nich ma bardzo podobne widma rentgenowskie, szczególnie przy wysokich energiach rentgenowskich. Sugeruje to, że podstawowa geometria i mechanizm są takie same dla tych obiektów.
Niezwykłe podobieństwo widm rentgenowskich młodych supermasywnych czarnych dziur do tych znacznie starszych oznacza, że supermasywne czarne dziury i ich dyski akrecyjne istniały już mniej niż miliard lat po Wielkim Wybuchu. Jedną z możliwości jest to, że miliony 100 czarnych dziur o masie słonecznej powstały w wyniku rozpadu masywnych gwiazd w młodej galaktyce, a następnie zbudowały czarną dziurę o masie miliarda słonecznej w centrum galaktyki poprzez połączenia i akrecję gazu.
Aby odpowiedzieć na pytanie, w jaki sposób i kiedy powstały supermasywne czarne dziury, astronomowie planują użyć bardzo głębokich ekspozycji Chandry i innych badań, aby zidentyfikować i badać kwazary nawet we wcześniejszych epokach.
Artykuł Schwartza i Virani na temat SDSSp J1306 został opublikowany w czasopiśmie The Astrophysical Journal z 1 listopada 2004 r. Artykuł Duncana Farrah i współpracowników na temat SDSS J1030 został opublikowany w numerze Astrophysical Journal z 10 sierpnia 2004 r.
Chandra obserwowała J1306 za pomocą przyrządu Advanced CCD Imaging Spectrometer (ACIS) przez około 33 godziny w listopadzie 2003 roku. NASA Marshall Space Flight Center, Huntsville, Ala., Zarządza programem Chandra dla NASA Office of Space Science, Waszyngton. Northrop Grumman z Redondo Beach, Kalifornia, dawniej TRW, Inc., był głównym wykonawcą obserwatorium. Smithsonian Astrophysical Observatory kontroluje naukę i operacje lotnicze z Centrum Rentgenowskiego Chandra w Cambridge, Massachusetts.
Dodatkowe informacje i zdjęcia są dostępne na stronie:
http://chandra.harvard.edu i http://chandra.nasa.gov
Oryginalne źródło: Chandra News Release
