Astronomowie odkryli dowody na istnienie jak dotąd najodleglejszej „zakamuflowanej” czarnej dziury. Jest to pierwsze określenie czarnej dziury ukrytej przez gaz w tak wczesnej historii kosmosu – 6% obecnego wieku Wszechświata.
Supermasywne czarne dziury, które są miliony do miliardów razy masywniejsze niż nasze Słońce, zwykle rosną, przyciągając materię z otaczającego dysku. Szybki wzrost generuje duże ilości promieniowania w bardzo małym obszarze wokół czarnej dziury. Naukowcy nazywają to niezwykle jasne, zwarte źródło „kwazarem”.
Zgodnie z aktualnymi teoriami gęsta chmura gazu żywi się materią z dysku otaczającego supermasywną czarną dziurę w okresie wczesnego wzrostu, która „maskuje” lub ukrywa większość jasnego światła kwazara przed naszym wzrokiem. Gdy czarna dziura pochłania materię i staje się bardziej masywna, gaz w chmurze wyczerpuje się, aż czarna dziura i jej jasny dysk nie zostaną odsłonięte.
Znalezienie kwazarów w tej niewidzialnej fazie jest niezwykle trudne, ponieważ tak duża część ich promieniowania jest absorbowana i nie może być wykryta przez obecne instrumenty. Dzięki obserwatorium Chandra i zdolności prześwietlania promieniami X przez zaciemniający obłok myślimy, że w końcu nam się to udało – powiedział Fabio Vito z Pontificia Universidad Católica de Chile, w Santiago, Chile, który przewodził badaniu.
Nowe odkrycie pochodzi z obserwacji kwazara PSO167-13, który został odkryty przez przegląd Pan-STARRS. Obserwacje optyczne z tych i innych przeglądów wykryły około 180 kwazarów, które już świeciły jasno, gdy Wszechświat miał mniej niż miliard lat, czyli około 8% obecnego wieku. Badania te uznano jedynie za skuteczne w znajdowaniu niezasłoniętych czarnych dziur, ponieważ wykrywane przez nich promieniowanie jest tłumione nawet przez cienkie obłoki gazu i pyłu. Ponieważ PSO167-13 było częścią tych obserwacji, spodziewano się, że kwazar również nie będzie widoczny.
Zespół Vito był w stanie przetestować ten pomysł, wykorzystując Chandrę do obserwacji PSO167-13 i dziesięciu innych kwazarów odkrytych za pomocą badań optycznych. Po 16 godzinach obserwacji wykryto tylko trzy cząsteczki promieniowania X z PSO167-13, wszystkie o stosunkowo wysokich energiach. Ponieważ promieniowanie rentgenowskie o niskiej energii jest łatwiej absorbowane niż promieniowanie o wyższej energii, prawdopodobnie wytłumaczenie jest takie, że kwazar jest silnie zasłonięty przez gaz, umożliwiając wykrycie tylko promieni X o wysokiej energii.
Ciekawym zwrotem w PSO167-13 jest to, że galaktyka, w której znajduje się kwazar, ma bliską galaktykę towarzyszącą, widoczną w danych uzyskanych wcześniej za pomocą ALMA w Chile i Kosmicznego Teleskopu Hubble’a. Ze względu na ich bliską separację i słabe źródło promieniowania X zespół nie był w stanie ustalić, czy nowo odkryta emisja promieniowania rentgenowskiego jest związana z kwazarem PSO167-13, czy z galaktyką towarzyszącą.
Jeżeli promienie X pochodzą ze znanego kwazara, astronomowie muszą wyjaśnić, dlaczego był on mocno zasłonięty promieniami X, ale nie światłem optycznym. Jedna z możliwości jest taka, że nastąpił duży i szybki wzrost maskowania kwazara w ciągu trzech lat pomiędzy obserwacjami optycznymi i rentgenowskimi.
Z drugiej strony, jeżeli zamiast tego promieniowanie X powstaje z galaktyki towarzyszącej, oznacza to wykrycie nowego kwazara w bliskiej odległości od PSO167-13. Ta para kwazarów byłaby najdalszą jak dotąd odkrytą.
W obydwu przypadkach kwazar wykryty przez Chandrę byłby najbardziej odległym zamaskowanym, jaki dotąd widziano, w okresie 850 mln lat po Wielkim Wybuchu. Poprzedni rekordzista zaobserwowany był w czasie 1,3 mld lat po Wielkim Wybuchu.
Podejrzewamy, że większość czarnych dziur we Wszechświecie jest ukrytych: wówczas niezwykle ważne jest ich wykrycie i zbadanie w celu zrozumienia, w jaki sposób mogą one szybko urosnąć do mas miliarda Słońc – powiedział współautor pracy Roberto Gilli z INAF w Bolonia, Włochy.
Więcej:
Cloaked Black Hole Discovered in Early Universe using NASA's Chandra
Discovery of the first heavily obscured QSO candidate at z>6 in a close galaxy pair
Źródło: Chandra
