Astronomowie odkryli najmasywniejszy kwazar we wczesnym wszechświecie. W jego centrum znajduje się czarna dziura o masie… 1,5 miliarda mas Słońca. Wcześniej oznaczony numerem J1007+2115, nowo odkryty kwazar jest jednym z zaledwie dwóch odkrytych w tym samym przedziale historii.

Kwazary to najbardziej energetyczne obiekty we wszechświecie, a od momentu ich odkrycia astronomowie starają się ustalić kiedy po raz pierwszy pojawiły się we wszechświecie.

Aby uczcić fakt odkrycia kwazara za pomocą teleskopów znajdujących się na szczycie Maunakea, kwazarowi nadano nazwę Pōniuāʻena, która oznacza “niewidzialne, wirujące źródło stworzenia, otoczone blaskiem”. To pierwszy kwazar, który otrzymał rdzenną hawajską nazwę stworzoną przez grupę 30 hawajskich nauczycieli biorących udział w warsztatach prowadzonych przez grupę A Hua He Inoa i zorganizowanych przez Hawajskie Centrum Astronomiczne ‘Imiloa.

Według obowiązującej teorii, kwazary zasilane są przez supermasywne czarne dziury. Gdy czarna dziura pożera otaczającą ją materię, tj. gaz, pył czy nawet całe gwiazdy, emitują one olbrzymie ilości energii, przez co ich blask przebija blask całej galaktyki.

Supermasywna czarna dziura zasilająca kwazar Pōniuāʻena sprawia, że jest on najodleglejszym i tym samym najwcześniejszym znanym nam obiektem wszechświata z czarną dziurą, której masa przekracza miliard mas Słońca. Według obliczeń naukowców, światło z Pōniuāʻena potrzebowało 13,02 miliarda lat, aby dotrzeć do Ziemi – to oznacza, że zostało wyemitowane zaledwie 700 milionów lat po Wielkim Wybuchu.

To najwcześniejszy znany nam potwór tego typu – mówi Jinyi Yang, badacz z Obserwatorium Stewarda na Uniwersytecie Stanu Arizona oraz główny autor artykułu, który opublikowany zostanie w periodyku Astrophysical Journal Letters. Przed tym okresem nie było wystarczająco dużo czasu, aby mogła ona urosnąć od małej czarnej dziury do takich rozmiarów.

Pytanie zatem jak tak masywna czarna dziura mogła pojawić się gdy wszechświat wciąż był bardzo młody strasznie irytuje astronomówi kosmologów – mówi Xiaohui Fan także z UoA.

Powyższe odkrycie stanowi największe wyzwanie dla obecnych teorii formowania się i wzrostu czarnych dziur we wczesnym wszechświecie – dodaje Fan.

Według aktualnych modeli kosmologicznych pomysł, że czarna dziura rozmiarów Pōniuāʻena mogła powstać z dużo mniejszej czarnej dziury powstałem w kolapsie pojedynczej gwiazdy, w tak krótkim czasie po Wielkim Wybuchu jest praktycznie niemożliwy.

Zamiast tego, autorzy badania sugerują, że kwazar musiał powstać jako pierwotna czarna dziura o masie 10 000 mas Słońca i to już 100 milionów lat po Wielkim Wybuchu.

Wizja artystyczna przedstawiająca powstawaniee kwazaru Pōniuāʻena

Pōniuāʻena została odkryta w trakcie systematycznych poszukiwań najodleglejszych kwazarów. Wszystko zaczęło się od zespołu badaczy przeczesujących dane z dużych przeglądów nieba takich jak DECaLS oraz UHS.

Badacze odkryli możliwy kwazar i w 2019 r. przeprowadzili obserwacje za pomocą teleskopów takich jak Gemini North czy teleskopy w Obserwatorium W. M. Kecka. Teleskop Magellana w Obserwatorium Las Campanas w Chile potwierdziło istnienie Pōniuāʻena.

Obserwacje prowadzone za pomocą Gemini były kluczowe, bowiem pozwoliły uzyskać wysokiej jakości widmo w bliskiej podczerwieni, które pozwoliło nam ustalić zaskakującą masę czarnej dziury – mówił autor Feige Wang z Obserwatorium Stewarda.

Odkrycie kwazara na początku wszechświata pozwala naukowcom zajrzeć w czasy kiedy wszechświat był bardzo młody i znacząco różnił się od tego, który obserwujemy obecnie.

Obecne teorie wskazują, że na początku wszechświata, tuż po Wielkim Wybuchu, atomy były zbyt oddalone od siebie, aby móc wchodzić ze sobą w interakcje i tworzyć gwiazdy i galaktyki. Narodziny gwiazd i galaktyk rozpoczęło się w trakcie Epoki Rejonizacji, jakieś 400 milionów lat po Wielkim Wybuchu.

Tuż po Wielkim Wybuchu, wszechświat był bardzo zimny, nie było żadnych gwiazd, żadnego światła – mówi Fan. Potrzeba było 300-400 milionów lat, aby pojawiły się pierwsze gwiazdy i galaktyki, które zaczęły ogrzewać wszechświat.

Pod wpływem ogrzewania, cząsteczki wodoru odzierane były z elektronów, w procesie jonizacji. Proces ten trwał tylko kilkaset milionów lat.

Odkrycie kwazaru takiego jak opisywany powyżej, głęboko w epoce rejonizacji, stanowi duży krok na drodze do zrozumienia procesu rejonizacji i powstawania pierwszych supermasywnych czarnych dziur i masywnych galaktyk.

W 2018 roku badacze ogłosili odkrycie najodleglejszego dotąd kwazaru. J1342+0928 jest dwa miliony lat starszy od Poniua’ena – co jest mało istotną różnicą w skali wieku wszechświata. Na 13 miliardów lat, różnica 2 milionów nie wydaje się duża – dodaje Fan.

By Radek Kosarzycki

Popularyzator astronomii. Redaktor w Spider's Web.