W najwcześniejszych epokach historii kosmosu działy się rzeczy, które do dziś wprawiają astrofizyków w zdumienie. Dzięki coraz lepszym teleskopom i zaawansowanym metodom analizy danych jesteśmy w stanie spojrzeć miliardy lat wstecz i badać, jak wyglądały pierwsze galaktyki i znajdujące się w ich sercach czarne dziury. Najnowsze odkrycie astronomów ujawnia gigantyczne strumienie plazmy wyrzucane przez kwazar z odległej przeszłości.
Mowa tutaj o potężnych strumieniach plazmy wyrzucanych z supermasywnej czarnej dziury w odległym kwazarze J1601+3102. Rozciągają się one na ponad 215 000 lat świetlnych — czyli ponad dwa razy dalej niż średnica naszej galaktyki, w której przecież mieści się nawet 400 miliardów gwiazd. To największa tego typu struktura, jaką kiedykolwiek zaobserwowano we wczesnym Wszechświecie, zaledwie 1,2 miliarda lat po Wielkim Wybuchu.
Kwazary to wyjątkowo jasne galaktyki aktywne, w których centrum znajduje się supermasywna czarna dziura pochłaniająca ogromne ilości materii. Wokół takiej czarnej dziury tworzy się gorący dysk akrecyjny, generujący olbrzymie ilości intensywnego promieniowania. Blask tego dysku często przyćmiewa promieniowanie emitowane przez całą resztę galaktyki. Należy jednak pamiętać, że czarna dziura nie pochłania całości opadającej na nią z dysku materii – część zostaje wyrzucona z prędkościami bliskimi prędkości światła w postaci tzw. dżetów, czyli strumieni plazmy. Takie strumienie mogą sięgać setek tysięcy, a nawet milionów lat świetlnych – ale do tej pory nie obserwowano ich na taką skalę na tak wczesnym etapie ewolucji wszechświata.
Jak tłumaczy astrofizyczka Anniek Gloudemans z NOIRLab National Science Foundation, jej zespół celowo poszukiwał kwazarów emitujących silne fale radiowe w młodym Wszechświecie. Chcieli zrozumieć, kiedy i jak powstają te dżety oraz jak wpływają na formowanie się galaktyk.
Wykrycie tak słabych struktur z tak odległego okresu nie jest proste. Strumienie plazmy emitują głównie fale radiowe, niewidoczne dla teleskopów optycznych. Dlatego badacze skorzystali z danych z kilku instrumentów: europejskiego radioteleskopu LOFAR (Low Frequency Array), teleskopu Gemini North na Hawajach oraz Hobby-Eberly Telescope w Teksasie. To połączenie obserwacji pozwoliło nie tylko zmierzyć rozmiary dżetów, ale także poznać właściwości czarnej dziury znajdującej się w centrum kwazara.
Analiza widma światła pochodzącego z J1601+3102 pozwoliła oszacować masę centralnej czarnej dziury. Ku zaskoczeniu naukowców, jej masa to około 450 milionów mas Słońca – stosunkowo niewiele jak na tak potężną aktywność. Co więcej, czarna dziura nie wydaje się szczególnie żarłoczna – nie pochłania bowiem materii w jakimś wyjątkowo szybkim tempie.
To zaskakujące, ponieważ dotychczas sądzono, że tylko wyjątkowo masywne lub szybko „rosnące” czarne dziury mogą wytwarzać tak olbrzymie dżety. Nowe obserwacje sugerują jednak, że nawet umiarkowanie masywne obiekty mogły mieć kluczowy wpływ na środowisko galaktyczne już na bardzo wczesnym etapie ewolucji Wszechświata.
Odkrycie to może zmusić astrofizyków do zrewidowania modeli opisujących rozwój kwazarów i powstawanie dżetów. Obserwacje J1601+3102 ujawniają, że procesy te mogą być bardziej złożone i różnorodne, niż dotychczas przypuszczano.