Odległy kwazar jako kosmiczny zegar

Głodne supermasywne czarne dziury w odległym kosmosie mogą pomóc nam zrozumieć, co wydarzyło się wkrótce po tym, jak nasz Wszechświat rozjaśnił się pierwszymi gwiazdami i galaktykami. Obecnie nowa praca bada najodleglejszą supermasywną czarną dziurę, jaką naukowcy widzieli, szukając więcej wskazówek.

Nasza niejasna przeszłość
Nasz wczesny Wszechświat, który rozpoczął się zaledwie kilka milionów lat po Wielkim Wybuchu, był mrocznym miejscem. Przestrzeń była wypełniona obłokami neutralnego wodoru, ale nie było żadnych źródeł światła widzialnego.

W pewnym momencie, kilkaset lat po narodzinach Wszechświata, zaczęły się formować najwcześniejsze gwiazdy, a także pierwsze wielkoskalowe struktury, takie jak galaktyki. Supermasywne czarne dziury rosły w centrach tych galaktyk, a gdy czarne dziury gromadziły masę, wytwarzały potężne promieniowanie, które teraz pojawiają się nam jako odległe kwazary. W ciągu miliarda lat od Wielkiego Wybuchu kwazary i gwiazdy oświetliły Wszechświat i ukształtowały go w jego obecną formę.

Szczegóły i dokładny harmonogram tych krytycznych etapów ewolucji pozostają jednak niepewne.

Cofnijmy się w czasie
Jednym ze sposobów, w jaki możemy lepiej zrozumieć tę ewolucję, jest użycie kwazarów jako kosmicznych zegarów. Spoglądając w przeszłość i badając najwcześniejsze znane kwazary, dowiadujemy się o metaliczności gazu w centrach wczesnych galaktyk – co pokazuje, kiedy ten gaz po raz pierwszy został wzbogacony w metale utworzone przez ich własne gwiazdy.

W niedawnych badaniach zespół naukowców pod kierownictwem Masafusa Onoue (Instytut Astronomii im. Maxa Plancka, Niemcy) zbadał ten kluczowy czas za pomocą jednego szczególnie wczesnego kwazara ULAS J1342 0928.

Zaglądanie do galaktycznego centrum
ULAS J1342 0928 to najbardziej odległy, najstarszy znany kwazar; jego przesunięcie ku czerwieni wynosi z = 7,54, co odpowiada czasowi zaledwie 680 mln lat po Wielkim Wybuchu. Onoue i współpracownicy uzyskali głębokie widma bliskiej podczerwieni tego odległego źródła za pomocą teleskopu Gemini North na Hawajach.

Modelując widma, zespół Onoue był w stanie zmierzyć proporcje pewnych linii emisyjnych wytwarzanych w regionie szerokiej linii (ang. broad line region – BLR) kwazara, regionie obłoków krążących bardzo blisko centralnej czarnej dziury.

Stosunki tych linii emisyjnych mogą służyć jako zastępstwo metaliczności obłoków. Ponieważ uważa się, że gaz ten pochodzi z międzygwiazdowego ośrodka galaktyki macierzystej, metaliczność gazu BLR śledzi historię powstawania gwiazd w galaktyce, informując nas, kiedy powstały gwiazdy i wzbogaciły ten gaz w metale.

Wczesne zanieczyszczenie metalami
Onoue i współpracownicy odkryli, że gaz BLR ULAS J1342+0928 ma podobną metaliczność do gazu BLR innych kwazarów znajdujących się przy niższych przesunięciach ku czerwieni. Wynik ten sugeruje, że wzbogacanie gazu w centrach galaktyk zostało już w dużej mierze zakończone w ciągu zaledwie 680 mln lat od Wielkiego Wybuchu – co ogranicza naszą wiedzę o tym, kiedy i jak powstają i ewoluują gwiazdy we wczesnym Wszechświecie.

Co dalej? Potrzebujemy obserwacji jeszcze bardziej odległych kwazarów, aby przesunąć tę granicę jeszcze bardziej w przeszłość; podczas, gdy zauważyliśmy kilka galaktyk z przesunięciem ku czerwieni powyżej z = 8, będziemy musieli kontynuować polowanie, aby znaleźć kwazary na tych większych odległościach, abyśmy mogli zmierzyć ich metaliczność.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:
AAS

Vega

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *