Wczesny Wszechświat wciąż kryje przed nami wiele tajemnic. Jedną z nich właśnie udało się uchylić — astronomowie zaobserwowali dwa potężne dżety cząstek wyrzucane przez supermasywne czarne dziury, które istniały, gdy Wszechświat miał zaledwie trzy miliardy lat. Odkrycie to rzuca nowe światło na ewolucję galaktyk i czarnych dziur w okresie epoki intensywnego formowania gwiazd i gwałtownego wzrostu mas czarnych dziur.
Wspieraj Puls Kosmosu na Patronite.pl
Zespół badaczy, korzystając z danych z Obserwatorium Rentgenowskiego Chandra oraz radioteleskopu Karl G. Jansky Very Large Array (VLA), wykrył dwa dżety pochodzące z czarnych dziur znajdujących się odpowiednio 11,6 i 11,7 miliarda lat świetlnych od Ziemi. Każdy z nich rozciąga się na ponad 300 000 lat świetlnych, czyli niemal trzykrotnie więcej niż średnica naszej galaktyki, w której przecież znajduje się nawet 400 miliardów gwiazd.
Materia w dżetach porusza się z zawrotnymi prędkościami — od 92% do nawet 99% prędkości światła. Dżet z czarnej dziury oznaczonej jako J1405+0415 porusza się z prędkością od 95% do 99% prędkości światła, natomiast dżet z J1610+1811 osiąga 92–98% tej wartości. Szczególnie interesujący jest ten drugi — transportuje on niemal połowę całkowitej energii promieniowania emitowanego przez rozgrzany gaz opadający na czarną dziurę.
W tamtym czasie Wszechświat był wypełniony intensywnym promieniowaniem tła (CMB) — pozostałością po Wielkim Wybuchu. Gdy wysokoenergetyczne elektrony z dżetów zderzały się z fotonami CMB, dochodziło do tzw. rozpraszania komptonowskiego, które podnosiło energię fotonów do poziomu promieniowania rentgenowskiego. To właśnie dzięki temu procesowi teleskop Chandra mógł wykryć sygnał z tak odległych i słabo widocznych źródeł.
Obserwacje dżetów z tak ogromnych odległości są niezwykle trudne — szczególnie gdy znajdują się one blisko jasnych kwazarów, czyli aktywnych galaktyk zasilanych przez czarne dziury pochłaniające materię. Kluczem do sukcesu była nie tylko czułość Chandry, ale również „gęstsze” promieniowanie tła obecne we wczesnym Wszechświecie, które znacząco wzmocniło sygnał rentgenowski.
Interpretację wyników utrudniają jednak efekty relatywistyczne. Gdy dżet jest skierowany niemal wprost w stronę Ziemi, jego jasność pozorna ulega znacznemu wzmocnieniu. Z tego powodu trudno oszacować rzeczywisty kąt nachylenia i prędkość strumienia, jeśli polegamy wyłącznie na jego jasności.
Aby pokonać to ograniczenie, naukowcy opracowali nową metodę statystyczną. Uwzględnia ona tzw. efekt selekcji — fakt, że częściej wykrywamy dżety skierowane w naszą stronę — oraz symuluje 10 000 możliwych scenariuszy, które następnie porównywane są z rzeczywistymi danymi obserwacyjnymi. Dzięki temu udało się oszacować najbardziej prawdopodobne kąty nachylenia: dla J1405+0415 wynosi on około 9°, a dla J1610+1811 — około 11° względem naszej linii widzenia.
Informacje o wynikach obserwacji zaprezentowano podczas 246. spotkania American Astronomical Society w Anchorage na Alasce.
Źródło: The Astrophysical Journal