Det är ett välkänt faktum bland astronomer och kosmologer att ju längre in i universum du tittar, desto längre tillbaka i tiden ser du. Och ju närmare astronomerna kan se Big Bang, som ägde rum för 13,8 miljarder år sedan, desto mer intressanta tenderar upptäckterna att bli. Det är dessa fynd som lär oss mest om universums tidigaste perioder och dess efterföljande utveckling.
Till exempel forskare som använder Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) och Magellan-teleskop nyligen observerat den tidigaste Supermassivt svart hål (SMBH) hittills. Enligt upptäcktsteamets studie , är detta svarta hål ungefär 800 miljoner gånger vår sols massa och ligger mer än 13 miljarder ljusår från jorden. Detta gör den till den mest avlägsna och yngsta SMBH som hittills observerats.
Studien, med titeln ' Ett svart hål på 800 miljoner solmassa i ett väsentligt neutralt universum vid en räckvidd edshift på 7,5 ', dök nyligen upp i tidskriftenNatur.Leds av Eduardo Bañados, en forskare från Carnegie Institute for Science , laget inkluderade medlemmar från NASA:s Jet Propulsion Laboratory, den Max Planck-institutet för astronomi , den Kavli-institutet för astronomi och Astr ofysik , den Las Cumbres observatorium och flera universitet.
Konstnärens intryck av ULAS J1120+0641, en mycket avlägsen kvasar som drivs av ett svart hål med en massa två miljarder gånger solens. Kredit: ESO/M. Kornmesser
Precis som med andra SMBH:er är denna speciella upptäckt (betecknad J1342+0928) en kvasar, en klass av superljusa föremål som består av ett svart hål som samlar på sig materia i mitten av en massiv galax. Objektet upptäcktes under loppet av en undersökning för avlägsna objekt, som kombinerade infraröd data från WISE-uppdraget med markbaserade undersökningar. Teamet följde sedan upp data från Carnegie Observatorys Magellan-teleskop i Chile.
Som med alla avlägsna kosmologiska objekt, bestämdes J1342+0928s avstånd genom att mäta dess rödförskjutning. Genom att mäta hur mycket våglängden på ett objekts ljus sträcks av universums expansion innan det når jorden, kan astronomer avgöra hur långt det behövde resa för att komma hit. I det här fallet hade kvasaren en rödförskjutning på 7,54, vilket betyder att det tog mer än 13 miljarder år för dess ljus att nå oss.
Som Xiaohui Fan vid University of Arizonas Steward Observatory (och en medförfattare till studien) förklarade i en Carnegie pressmeddelande :
'Det här stora avståndet gör att sådana föremål blir extremt svaga när de ses från jorden. Tidiga kvasarer är också mycket sällsynta på himlen. Endast en kvasar var känd för att existera vid en rödförskjutning större än sju tidigare, trots omfattande sökningar.”
Med tanke på dess ålder och massa var upptäckten av denna kvasar ganska överraskning för studieteamet. Som Daniel Stern, en astrofysiker vid NASA:s Jet Propulsion Laboratory och en medförfattare till studien, indikerade i en NASA pressmeddelande , 'Detta svarta hål blev mycket större än vi förväntade oss på bara 690 miljoner år efter Big Bang, vilket utmanar våra teorier om hur svarta hål bildas.'
Den här illustrationen visar universums utveckling, från Big Bang till vänster till modern tid till höger. Bild: NASA
I huvudsak existerade denna kvasar vid en tidpunkt då universum precis började växa fram ur vad kosmologer kallar 'den mörka tidsåldern'. Under denna period, som började ungefär 380 000 år till 150 miljoner år efter Big Bang, interagerade de flesta fotoner i universum med elektroner och protoner. Som ett resultat kan strålningen från denna period inte upptäckas av våra nuvarande instrument – därav namnet.
Universum förblev i detta tillstånd, utan några ljuskällor, tills gravitationen kondenserade materia till de första stjärnorna och galaxerna. Denna period är känd som 'Reinozation-epoken', som varade från 150 miljoner till 1 miljard år efter Big Bang och kännetecknades av att de första stjärnorna, galaxerna och kvasarerna bildades. Det är så kallat för att energin som frigjordes av dessa forntida galaxer fick universums neutrala väte att bli upphetsad och joniserad.
När universum väl blev omjoniserat kunde fotoner färdas fritt genom rymden och universum blev officiellt genomskinligt för ljus. Det är detta som gör upptäckten av denna kvasar så intressant. Som teamet observerade är mycket av vätet som omger det neutralt, vilket betyder att det inte bara är den mest avlägsna kvasaren som någonsin observerats, utan också det enda exemplet på en kvasar som fanns innan universum återjoniserades.
Med andra ord, J1342+0928 existerade under en stor övergångsperiod för universum, som råkar vara en av astrofysikens nuvarande gränser. Som om detta inte var nog blev teamet också förvirrat av föremålets massa. För att ett svart hål ska ha blivit så massivt under denna tidiga period av universum, måste det finnas speciella förhållanden för att möjliggöra en så snabb tillväxt.
En miljard år efter den stora smällen slets väteatomer på ett mystiskt sätt sönder till en soppa av joner. Kredit: NASA/ESA/A. Felid (STScI)).
Vilka dessa förhållanden är förblir dock ett mysterium. Oavsett vad fallet kan vara, verkar denna nyfunna SMBH konsumera materia i mitten av en galax i en häpnadsväckande hastighet. Och även om upptäckten har väckt många frågor, förväntas det att utplaceringen av framtida teleskop kommer att avslöja mer om denna kvasar och dess kosmologiska period. Som Stern sa :
'Med flera nästa generations, ännu känsligare anläggningar som för närvarande byggs, kan vi förvänta oss många spännande upptäckter i det mycket tidiga universum under de kommande åren.'
Dessa nästa generations uppdrag inkluderar Europeiska rymdorganisationens Euklid uppdrag och NASA Wide-field Infrared Survey Telescope (WFIRST). Medan Euclid kommer att studera objekt som ligger 10 miljarder år i det förflutna för att mäta hur mörk energi påverkade den kosmiska evolutionen, kommer WFIRST att utföra bredfältsnära infraröda undersökningar för att mäta ljuset som kommer från en miljard galaxer.
Båda uppdragen förväntas avslöja fler objekt som J1342+0928. För närvarande förutspår forskare att det bara finns 20 till 100 kvasarer så ljusa och så långt borta som J1342+0928 på himlen. Som sådana var de mest nöjda med denna upptäckt, som förväntas ge oss grundläggande information om universum när det bara var 5% av sin nuvarande ålder.
Vidare läsning: NASA , Carnegie Science , Natur
