Загальновідомим фактом серед астрономів та космологів є те, що чим далі у Всесвіт ви дивитесь, тим далі ви бачите назад у часі. І чим ближче астрономи можуть бачити Великий вибух, що відбувся 13,8 мільярда років тому, тим цікавішими виявляються відкриття. Саме ці знахідки навчають нас найбільше про найдавніші періоди Всесвіту та його подальшу еволюцію.
Наприклад, вчені, що використовували Інфрачервоний оглядач широкого поля (WISE) та телескопи Magellan, нещодавно спостерігали найдавнішу супермасивну чорну діру (SMBH) на сьогоднішній день. Відповідно до дослідження групи відкриттів, ця чорна діра приблизно в 800 мільйонів разів перевищує масу нашого Сонця і знаходиться на відстані понад 13 мільярдів світлових років від Землі. Це робить його найвіддаленішим та наймолодшим СМБХ, що спостерігається на сьогоднішній день.
Дослідження під назвою "Чорна діра на 800 мільйонів сонячних мас у значно нейтральній Всесвіті при червоному зміні 7,5" нещодавно з'явилася в журналі Природа. Під керівництвом Едуардо Баньядоса, дослідника Інституту Карнегі в науці, до складу команди входили члени лабораторії реактивного руху НАСА, Інституту астрономії Макса Планка, Інституту астрономії та астрофізики Кавлі, Лабораторії обсерваторії Лас-Камбре і багатьох університетів.
Як і в інших SMBH, це особливе відкриття (позначене J1342 + 0928) - це квазар, клас надсвітлих об'єктів, які складаються з чорної діри, що накопичує речовину в центрі масивної галактики. Об'єкт було виявлено під час опитування віддалених об'єктів, яке поєднувало інфрачервоні дані місії WISE з наземними дослідженнями. Потім команда проаналізувала дані телескопів Magellan в обсерваторії Карнегі в Чилі.
Як і у всіх віддалених космологічних об'єктах, відстань J1342 + 0928 визначалася шляхом вимірювання її червоного зміщення. Виміряючи, яка довжина хвилі світла об'єкта розтягується за рахунок розширення Всесвіту до того, як воно досягне Землі, астрономи можуть визначити, як далеко йому довелося проїхати, щоб дістатися сюди. У цьому випадку квазар мав червону зміну 7,54, це означає, що для того, щоб його світло дійшло до нас, знадобилося більше 13 мільярдів років.
Як пояснив Сяохуй Фан з обсерваторії Стюарда університету Арізони (та співавтор дослідження) у прес-релізі Карнегі:
«Ця велика відстань робить такі об’єкти надзвичайно слабкими, коли дивитися з Землі. Ранні квазари також дуже рідкісні на небі. Досі, як відомо, існував лише один квазар на червоному зміні, більший ніж сім, незважаючи на великі пошуки ».
Враховуючи його вік і масу, відкриття цього квазару стало несподіванкою для дослідницької групи. Як заявив у прес-релізі NASA Даніель Стерн, астрофізик з лабораторії реактивного руху NASA та співавтор дослідження, «Ця чорна діра зросла набагато більше, ніж ми очікували лише за 690 мільйонів років після Великого вибуху, що кидає виклик нашим теорії про те, як утворюються чорні діри. "
По суті, цей квазар існував у той час, коли Всесвіт тільки починає виникати з того, що космологи називають «Темним століттям». У цей період, який почався приблизно від 380 000 років до 150 мільйонів років після Великого вибуху, більшість фотонів у Всесвіті взаємоділи з електронами та протонами. Як результат, випромінювання цього періоду не виявляється за нашими чинними інструментами - звідси і назва.
Всесвіт залишався в такому стані, без жодних світильних джерел, поки гравітація не конденсувала речовину в перші зірки та галактики. Цей період відомий як "епоха реінізації", яка тривала від 150 мільйонів до 1 мільярда років після Великого вибуху і характеризувалася першими зірками, галактиками і квазарами. Його так називають, оскільки енергія, що виділяється цими древніми галактиками, змусила нейтральний водень Всесвіту збуджуватися та іонізуватись.
Як тільки Всесвіт переосмислюється, фотони могли вільно подорожувати по простору, і Всесвіт офіційно став прозорим для світла. Саме це робить відкриття цього квазару таким цікавим. Як зауважила команда, значна частина водню, що оточує його, є нейтральним, а це означає, що це не тільки найвіддаленіший квазар, який коли-небудь спостерігали, але й єдиний приклад квазару, який існував до того, як Всесвіт ставав реабілітованим.
Іншими словами, J1342 + 0928 існував під час великого перехідного періоду для Всесвіту, який, можливо, є одним із сучасних кордонів астрофізики. Як би цього було недостатньо, команда також була збентежена масою об'єкта. Щоб чорна діра стала такою масовою в цей ранній період Всесвіту, повинні були бути спеціальні умови, щоб забезпечити таке швидке зростання.
Які ці умови, однак, залишається загадкою. Як би там не було, ця новоявлена СМБХ, як видається, споживає речовину в центрі галактики з вражаючою швидкістю. І хоча його відкриття викликало багато питань, передбачається, що розгортання майбутніх телескопів розкриє більше про цей квазар та його космологічний період. Як сказав Стерн:
"В даний час будується кілька ще більш чутливих споруд нового покоління, ми можемо очікувати багатьох захоплюючих відкриттів у самій ранній Всесвіті в найближчі роки".
Ці місії наступного покоління включають місію Євкліда Європейського космічного агентства та інфрачервоний телескоп широкого польоту NASA (WFIRST). Тоді як Евклід буде вивчати об'єкти, розташовані в минулому 10 мільярдів років, з метою вимірювання того, як темна енергія впливала на космічну еволюцію, WFIRST проведе широкопольові ближньо-інфрачервоні зйомки для вимірювання світла, що надходить від мільярда галактик.
Очікується, що обидві місії виявлять більше об'єктів, таких як J1342 + 0928. В даний час вчені прогнозують, що на небі всього лише від 20 до 100 квазарів настільки ж яскравих і далеких, як J1342 + 0928. Як таке, вони були найбільше задоволені цим відкриттям, яке, як очікується, надасть нам основоположну інформацію про Всесвіт, коли він становив лише 5% від його теперішнього віку.
