Zespół astronomów odkrył w odległym Wszechświecie 83 kwazary zasilane przez supermasywne czarne dziury (supermassive black holes – SMBH). To, co widzimy, to obraz z czasów, gdy Wszechświat miał mniej niż 10% obecnego wieku. Obserwacji dokonano przy użyciu kamery szerokokątnej Hyper Suprime-Cam (HSC) zamontowanej na teleskopie Subaru.
Odkrycie to znacznie zwiększa liczbę znanych czarnych dziur z tej epoki i po raz pierwszy ujawnia, jak powszechne we wczesnej historii Wszechświata są SMBH. Ponadto umożliwia nowe spojrzenie na wpływ czarnych dziur na stan fizyczny gazu we wczesnym Wszechświecie w ciągu pierwszego miliarda lat.
Supermasywne czarne dziury znajdują się w centrach galaktyk i mają masy miliony a nawet miliardy razy większe niż Słońce. Chociaż są powszechne we współczesnym Wszechświecie, nie jest jasne, kiedy po raz pierwszy się uformowały i ile z nich istnieje w odległym Wszechświecie. Podczas, gdy odległe SMBH są identyfikowane jako kwazary, które świecą, gdy gromadzi się na nich gaz, poprzednie obserwacje były ukierunkowane tylko na bardzo rzadkie, najbardziej świecące kwazary, a zatem na najbardziej masywne czarne dziury. W nowym odkryciu badano populację SMBH o masach charakterystycznych dla najczęściej występujących czarnych dziur obserwowanych we współczesnym Wszechświecie, co rzuca światło na ich pochodzenie.
Zespół badawczy pod kierownictwem Yoshiki Matsuoki (Ehime University, Matsuyama, Japonia) wykorzystał dane pobrane z najnowocześniejszego instrumentu HSC zamontowanego na teleskopie Subaru. Instrument ten dysponuje ogromnym polem widzenia – 1,77 stopni kwadratowych (siedem tarcz Księżyca w pełni) i jest zamontowany na jednym z największych teleskopów na świecie. Zespół HSC prowadzi przegląd nieba przez trzysta nocy w ciągu pięciu lat. Badacze wybrali odległych kandydatów na kwazary z czułego przeglądu nieba wykonanego za pomocą HSC, a następnie przeprowadzili intensywną kampanię obserwacyjną w celu uzyskania widm tych kandydatów za pomocą teleskopu Subaru, Gran Telescopio Canarias i teleskopu Gemini. Badanie ujawniło 83 nieznane wcześniej bardzo odległe kwazary. Matsuoka i jego współpracownicy odkryli, że w każdym sześcianie przestrzeni o boku długości miliarda lat świetlnych znajduje się jedna supermasywna czarna dziura.
Odkryte kwazary znajdują się w odległości ok. trzynastu miliardów lat świetlnych od Ziemi. Innymi słowy widzimy je takimi, jakimi były trzynaście miliardów lat temu. Czas, jaki upłynął od Wielkiego Wybuchu do obserwowanej w tym przypadku epoki, wynosi zaledwie 5% obecnego wieku Wszechświata (13,8 miliarda lat) i jest niezwykłe, że te masywne, gęste obiekty mogły się uformować wkrótce po Wielkim Wybuchu. Najodleglejszy kwazar odkryty przez zespół znajduje się w odległości 13,05 miliarda lat świetlnych i jest związany z drugą najodleglejszą SMBH, jaką kiedykolwiek odkryto.
Powszechnie przyjmuje się, że wodór we Wszechświecie był kiedyś neutralny, ale był „rejonizowany” (czyli podzielony na protony i elektrony), w epoce, w której narodziła się pierwsza generacja gwiazd, galaktyk i SMBH, kilkaset milionów lat po Wielkim Wybuchu. Jest to kamień milowy kosmicznej historii, ale wciąż nie jest jasne, co zapewniło niesamowitą ilość energii wymaganej do spowodowania rejonizacji. Przekonujące hipotezy sugerują, że we wczesnym Wszechświecie było o wiele więcej kwazarów, niż dotychczas wykryto, i to ich połączone promieniowanie rejonizowało Wszechświat. Jednak gęstość występowania kwazarów zmierzona przez zespół HSC wyraźnie wskazuje, że tak nie jest; liczba obserwowanych obiektów tego rodzaju jest znacznie mniejsza, niż potrzeba do wyjaśnienia rejonizacji. Niezbędnej energii dostarczyły zatem inne źródła – najprawdopodobniej liczne galaktyki, które zaczęły tworzyć się w młodym Wszechświecie.
Więcej:
Astronomers Discover 83 Supermassive Black Holes in the Early Universe
Źródło: Subaru
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Na zdjęciu: Światło z jednego z najodleglejszych znanych kwazarów, zasilanego przez SMBH, znajdującego się w odległości 13,05 miliarda lat świetlnych od Ziemi. Pozostałe obiekty w polu to głównie gwiazdy Drogi Mlecznej i galaktyki widoczne wzdłuż linii pola widzenia. Źródło: NAOJ
