Pyłowy zwarty obiekt łączący galaktyki i kwazary o kosmicznym świcie

Spoglądając w przeszłość, do wczesnych epok po Wielkim wybuchu, naukowcy po raz pierwszy znaleźli przodka supermasywnej czarnej dziury.

Międzynarodowe badania prowadzone przez astrofizyków z Instytutu Nielsa Bohra, Uniwersytetu Kopenhaskiego i Duńskiego Uniwersytetu Technicznego, doprowadziły do zidentyfikowania odległego obiektu o właściwościach pośrednich między galaktyką a kwazarem. Obiekt ten może być postrzegany jako przodek supermasywnej czarnej dziury i powstał stosunkowo niedługo po Wielkim Wybuchu. Symulacje wskazywały na istnienie takich obiektów, ale to jest pierwsze faktyczne odkrycie.

Odkryty obiekt łączy dwie rzadkie populacje obiektów niebieskich, mianowicie pyłowe rozbłyski gwiazd i jasne kwazary, a tym samym zapewnia nową drogę do zrozumienia szybkiego wzrostu supermasywnych czarnych dziur we wczesnym Wszechświecie – mówi Seiji Fujimoto, pracownik naukowy Instytutu Nielsa Bohra na Uniwersytecie w Kopenhadze.

Odkrycie to zawdzięczamy Kosmicznemu Teleskopowi Hubble’a. Dzięki swojej lokalizacji w przestrzeni kosmicznej – niezakłóconej przez zmiany pogody, zanieczyszczenia itp. – teleskop może spoglądać dalej w głąb Wszechświata, niż miałoby to miejsce z Ziemi. A w astronomii patrzenie dalej jest równoznaczne z możliwością obserwowania zjawisk, które miały miejsce we wczesnych okresach kosmicznych – ponieważ światło i inne rodzaje promieniowania przebyły dłuższą drogę, aby do nas dotrzeć.

Nowo odnaleziony obiekt – nazwany przez zespół GNz7q – powstał 750 milionów lat po Wielkim Wybuchu, który jest powszechnie uznawany za początek znanego nam Wszechświata. Ponieważ Wielki Wybuch miał miejsce około 13,8 miliarda lat temu, początki GNz7q przypadają na epokę znaną jako „kosmiczny świt”.

Tajemnica supermasywnych czarnych dziur
Odkrycie jest związane z określonym typem kwazarów. Kwazary, znane również jako obiekty kwazi-gwiazdowe, są niezwykle jasnymi obiektami. Zdjęcia z Hubble’a i innych zaawansowanych teleskopów ujawniły, że kwazary występują w centrach galaktyk. Galaktyka goszcząca GNz7q jest galaktyką z intensywnymi procesami gwiazdotwórczymi, tworzącą gwiazdy w tempie 1600 razy szybszym niż nasza własna galaktyka, Droga Mleczna. Gwiazdy z kolei tworzą i podgrzewają pył kosmiczny, sprawiając, że świeci on w podczerwieni do tego stopnia, że galaktyka macierzysta GNz7q jest bardziej świecąca w emisji pyłu niż jakikolwiek inny znany obiekt w tym okresie kosmicznego świtu.

W ostatnich latach okazało się, że świecące kwazary są napędzane przez supermasywne czarne dziury o masach od milionów do dziesiątek miliardów mas Słońca, otoczone przez ogromne ilości gazu. Gaz ten, opadając w kierunku czarnej dziury, nagrzewa się w wyniku tarcia, co daje ogromny efekt świetlny.

Zrozumienie, w jaki sposób powstają i rosną supermasywne czarne dziury we Wszechświecie, stało się wielką zagadką. Teoretycy przewidują, że te czarne dziury przechodzą wczesną fazę szybkiego wzrostu: zaczerwieniony od pyłu kompaktowy obiekt wyłania się z mocno przesłoniętej pyłem galaktyki z wybuchami gwiazd, a następnie przechodzi w nie przesłonięty, świecący, zwarty obiekt wyrzucający otaczający go gaz i pył – wyjaśnia docent Gabriel Brammer z Instytutu Nielsa Bohra, kontynuując:

Chociaż jasne kwazary były już znajdowane nawet w najwcześniejszych epokach Wszechświata, przejściowa faza szybkiego wzrostu zarówno czarnej dziury, jak i jej gwiazdotwórczego gospodarza nie została znaleziona w podobnych epokach. Co więcej, obserwowane własności doskonale zgadzają się z symulacjami teoretycznymi i sugerują, że GNz7q jest pierwszym przykładem przejściowej, szybkiej fazy wzrostu czarnych dziur w pyłowym jądrze gwiazdowym, przodka supermasywnej czarnej dziury.

Ukrywanie się na widoku
Co ciekawe, GNz7q został znaleziony w centrum intensywnie badanego pola nieba, znanego jako Hubble GOODS North.

To pokazuje, że wielkie odkrycia mogą być ukryte tuż przed naszymi oczami – komentuje Gabriel Brammer.

Znalezienie ukrywającego się na widoku GNz7q było możliwe tylko dzięki wyjątkowo szczegółowym zestawom danych o wielu długościach fal, dostępnym dla GOODS North. Bez tego bogactwa danych obiekt ten byłby łatwo przeoczony, ponieważ brakuje mu cech wyróżniających kwazary we wczesnym Wszechświecie.

Jest mało prawdopodobne, że odkrycie GNz7q w stosunkowo niewielkim badaniu GOODS-N było tylko „głupim fartem”, ale raczej, że częstość występowania takich źródeł może być w rzeczywistości znacznie większa niż wcześniej sądzono – dodaje Brammer.

Zespół ma teraz nadzieję na systematyczne poszukiwanie podobnych obiektów za pomocą specjalnych przeglądów o wysokiej rozdzielczości oraz wykorzystanie możliwości Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba.

Dzięki Teleskopowi Jamesa Webba możliwe będzie pełne scharakteryzowanie tych obiektów oraz bardziej szczegółowe zbadanie ich ewolucji i fizyki leżącej u ich podstaw. Po rozpoczęciu regularnej pracy, Webb będzie miał możliwość zdecydowanego określenia, jak powszechne są te szybko rosnące czarne dziury – podsumowuje Seiji Fujimoto.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:
University of Copenhagen
Vega

Na ilustracji: Wizja artystyczna GNz7q. Źródło: ESA/Hubble, N. Bartmann.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.