Odkryto najodleglejszą czarną dziurę

Naukowcy odkryli rzadki relikt wczesnego Wszechświata: najodleglejszą supermasywną czarną dziurę. Jest ona 800 milionów razy masywniejsza niż Słońce, co jest zaskakująco dużą masą jak na jej wiek. 

„Ta czarna dziura urosła znacznie bardziej, niż oczekiwaliśmy, w ciągu zaledwie 690 milionów lat po Wielkim Wybuchu, co kwestionuje nasze teorie na temat powstawania czarnych dziur” – powiedział współautor badania Daniel Stern z Jet Propulsion Laboratory w Pasadenie, Kalifornia. 

Astronomowie połączyli dane w podczerwieni z WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer) z danymi z naziemnych przeglądów, aby zidentyfikować potencjalne odległe obiekty do obserwacji, a następnie zbadali je za pomocą teleskopów Magellana znajdujących się w Chile. Astronom z Obserwatorium Carnegie, Eduardo Bañados, zidentyfikował kandydatów spośród setek milionów obiektów odkrytych przez WISE, które byłyby warte dalszej obserwacji przez teleskopy Magellana. 

We wczesnym Wszechświecie musiały istnieć specjalne warunki, żeby czarne dziury mogły stać się tak duże w tamtym okresie. Jednak jak na razie stanowią one zagadkę. 

Nowo odkryta czarna dziura intensywnie pożera materię w centrum galaktyki – zjawisko zwane kwazarem. Kwazar ów jest szczególnie interesujący, ponieważ pochodzi z czasów, kiedy Wszechświat właśnie zaczynał się wyłaniać z wieków ciemnych. To odkrycie dostarczy podstawowych informacji o Wszechświecie, którego wiek stanowił zaledwie 5% obecnego. 

„Kwazary są najdalszymi i najjaśniejszymi znanymi ciałami niebieskimi i mają kluczowe znaczenie dla zrozumienia wczesnego Wszechświata” – wyjaśnia współautor opracowania Bram Venemans z Instytutu Astronomii Maxa Plancka w Niemczech.

Wszechświat rozpoczął się jako gorąca zupa cząstek, która szybko rozprzestrzeniła się w okresie zwanym inflacją. Około 400 000 lat po Wielkim Wybuchu cząstki te ochłodziły się i utworzyły neutralny gazowy wodór. Ale Wszechświat pozostał ciemny, bez żadnych źródeł światła, dopóki grawitacja nie skondensowała materii w pierwszych gwiazdach i galaktykach. Energia uwalniana przez te dawne galaktyki powodowała wzbudzenie i jonizację atomów neutralnego wodoru. Od tego czasu gaz pozostaje w tym stanie. Gdy Wszechświat uległ rejonizacji, fotony mogły zacząć swobodnie podróżować w przestrzeni kosmicznej. Dopiero wtedy stał on się przezroczysty dla światła.

Większość wodoru otaczającego nowo odkrytego kwazaru jest neutralna. Oznacza to, że nie tylko jest to najodleglejszy kwazar, ale jest to również jedyny obiekt, jaki możemy zobaczyć z okresu sprzed rejonizacji.

Odległość do kwazaru określona jest przez jego przesunięcie ku czerwieni (miara tego, jak bardzo długość fali światła została rozciągnięta przez rozszerzający się Wszechświat, zanim dotarła ona do Ziemi). Im wyższe przesunięcie ku czerwieni, tym większa odległość i tym dalej astronomowie patrzą w przeszłość obserwując dany obiekt. Ten kwazar ma przesunięcie ku czerwieni wynoszące 7,54 – bazując na odkryciu zjonizowanej emisji węgla z galaktyki macierzystej tej masywnej czarnej dziury. Oznacza to, że światło z tego kwazaru biegło do nas ponad 13 miliardów lat.

Naukowcy przewidują, że na niebie znajduje się od 20 do 100 kwazarów tak jasnych i odległych, jak ten nowo odkryty. Aby znaleźć więcej takich obiektów, astronomowie czekają na misje: ESA Euklides oraz NASA WFIRST.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Więcej:
Found: Most Distant Black Hole

Źródło: NASA

Na zdjęciu: Wizja artystyczna najodleglejszej supermasywnej czarnej dziury. Jest częścią kwazaru powstałego zaledwie 690 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Źródło: Robin Dienel/Carnegie Institution for Science