Este un fapt bine cunoscut în rândul astronomilor și cosmologilor că, cu cât este mai departe în Universul pe care îl privești, cu atât mai departe în timp se vede. Iar astronomii mai apropiați sunt capabili să vadă Big Bang, care a avut loc acum 13,8 miliarde de ani, cu atât descoperirile sunt mai interesante. Aceste descoperiri ne învață cel mai mult despre cele mai timpurii perioade ale Universului și despre evoluția sa ulterioară.
De exemplu, oamenii de știință care utilizează WIDE-Field Infrared Survey Explorer (WISE) și Magellan Telescopes au observat recent cel mai devreme Supermassive Black Hole (SMBH) până în prezent. Conform studiului echipei de descoperire, această gaură neagră este de aproximativ 800 de milioane de ori mai mare decât Soarele nostru și este situată la mai mult de 13 miliarde de ani lumină de Pământ. Acest lucru îl face cel mai îndepărtat și cel mai tânăr SMBH observat până în prezent.
Studiul, intitulat „O gaură neagră de 800 de milioane de energie solară într-un Univers semnificativ neutru, la un redshift de 7,5”, a apărut recent în jurnal Natură. Condusă de Eduardo Bañados, cercetător de la Instituția Carnegie pentru Știință, echipa a inclus membri din Laboratorul de Propulsie Jet al NASA, Institutul Max Planck pentru Astronomie, Institutul Kavli pentru Astronomie și Astrofizică, Observatorul Las Cumbres și mai multe universități.
Ca și în cazul altor SMBH-uri, această descoperire particulară (desemnată J1342 + 0928) este un quasar, o clasă de obiecte super luminoase care constă dintr-o gaură neagră care se acumulează în centrul unei galaxii masive. Obiectul a fost descoperit pe parcursul unui sondaj pentru obiecte îndepărtate, care a combinat date infraroșii din misiunea WISE cu sondaje la sol. Apoi, echipa a urmărit date cu telescoapele Magellan ale Observatorului Carnegie din Chile.
La fel ca în cazul tuturor obiectelor cosmologice îndepărtate, distanța J1342 + 0928 a fost determinată prin măsurarea redshift-ului. Măsurând cât de lungimea de undă a luminii unui obiect este întinsă de expansiunea Universului înainte de a ajunge pe Pământ, astronomii sunt capabili să determine cât de departe a trebuit să călătorească pentru a ajunge aici. În acest caz, quasarul a avut un redshift de 7.54, ceea ce înseamnă că a durat mai mult de 13 miliarde de ani până când lumina sa a ajuns la noi.
Așa cum a explicat Xiaohui Fan al Observatorului Steward al Universității din Arizona (și coautor al studiului) într-un comunicat de presă Carnegie:
„Această mare distanță face ca aceste obiecte să fie extrem de slabe atunci când sunt privite de pe Pământ. Quasarele timpurii sunt de asemenea foarte rare pe cer. Se știa că un singur quasar există la un redshift mai mare decât șapte înainte, în ciuda căutărilor ample. ”
Având în vedere vârsta și masa sa, descoperirea acestui quasar a fost destul de surpriza pentru echipa de studiu. Așa cum Daniel Stern, astrofizician la Laboratorul de Propulsie Jet de la NASA și coautor al studiului, a indicat într-un comunicat de presă al NASA, „Această gaură neagră a crescut mult mai mare decât ne-am așteptat în doar 690 de milioane de ani după Big Bang, care ne provoacă teorii despre cum se formează găurile negre. ”
În esență, acest cvasar a existat într-o perioadă în care Universul tocmai începea să iasă din ceea ce cosmologii numesc „Evul Întunecat”. În această perioadă, care a început aproximativ 380.000 de ani până la 150 de milioane de ani după Big Bang, majoritatea fotonilor din Univers au interacționat cu electronii și protonii. Drept urmare, radiațiile din această perioadă sunt nedetectabile de instrumentele noastre actuale - de unde și numele.
Universul a rămas în această stare, fără nicio sursă luminoasă, până când gravitația a condensat materia în primele stele și galaxii. Această perioadă este cunoscută sub denumirea de "Reinozation Epoch", care a durat de la 150 de milioane la 1 miliard de ani după Big Bang și a fost caracterizată prin formarea primelor stele, galaxii și quasari. Este numită așa, deoarece energia eliberată de aceste galaxii antice a făcut ca hidrogenul neutru al Universului să se excite și să se ionizeze.
După ce Universul a fost reionizat, fotonii au putut călători liber în spațiu și Universul a devenit oficial transparent la lumină. Aceasta este ceea ce face descoperirea acestui quasar atât de interesantă. După cum a observat echipa, o mare parte din hidrogenul care o înconjoară este neutră, ceea ce înseamnă că nu este doar cel mai îndepărtat cvasar observat vreodată, ci și singurul exemplu de cvasar existent înainte ca Universul să fie reionizat.
Cu alte cuvinte, J1342 + 0928 a existat în timpul unei perioade majore de tranziție pentru Univers, care se întâmplă să fie una dintre frontierele actuale ale astrofizicii. De parcă acest lucru nu ar fi fost suficient, echipa s-a confundat și cu masa obiectului. Pentru ca o gaură neagră să devină atât de masivă în această perioadă timpurie a Universului, ar trebui să existe condiții speciale care să permită o creștere rapidă.
Care sunt însă aceste condiții rămâne un mister. Oricare ar fi cazul, acest SMBH nou-găsit pare să consume materie în centrul unei galaxii într-un ritm uluitor. Și în timp ce descoperirea sa a ridicat multe întrebări, se anticipează că desfășurarea de viitoare telescoape va dezvălui mai multe despre acest cvasar și perioada sa cosmologică. După cum spunea Stern:
„Cu câteva instalații de ultimă generație, chiar și mai sensibile, în curs de construcție, ne putem aștepta la multe descoperiri interesante în universul foarte timpuriu în următorii ani.”
Aceste misiuni de generație viitoare includ misiunea Euclid a Agenției Spațiale Europene și Telescopul de supraveghere infraroșu (WFIRST) al NASA. În timp ce Euclid va studia obiectele situate în trecut cu 10 miliarde de ani pentru a măsura modul în care energia întunecată a influențat evoluția cosmică, WFIRST va efectua sondaje cu infraroșu aproape de câmp larg pentru a măsura lumina provenită dintr-un miliard de galaxii.
Ambele misiuni sunt așteptate să dezvăluie mai multe obiecte precum J1342 + 0928. În prezent, oamenii de știință prezic că există doar 20 până la 100 de cvasi la fel de strălucitori și la fel de îndepărtați ca J1342 + 0928 pe cer. Ca atare, aceștia au fost cei mai mulțumiți de această descoperire, care este de așteptat să ne ofere informații fundamentale despre Univers atunci când avea doar 5% din vârsta actuală.
