Przejdź do treści

Zamaskowana czarna dziura została odkryta we wczesnym Wszechświecie

img

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 nie zasłoniętych 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