Euklides nie patrzy tylko w niebo. Zanurza się w otchłań czasu.
Teleskop kosmiczny Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA) zidentyfikował 31 nieznanych wcześniej kwazarów. To nie tylko słabe, rozmyte plamy. Są to najpotężniejsze jądra supermasywnych czarnych dziur pożerających materię w młodym Wszechświecie. Niektóre z nich świecą jaśniej niż bilion słońc. Wszystkie pochodzą z epoki, gdy wiek Wszechświata wynosił mniej niż 5% jego obecnego wieku.
Zmienia to nasze rozumienie wczesnego Wszechświata.
Astronomowie poszukiwali tych obiektów od dziesięcioleci. W szczególności szukali odpowiedzi: w jaki sposób czarne dziury były w stanie tak szybko zyskać tak dużą masę? Poszukiwania były trudne, ponieważ takie obiekty są rzadkie. Są słabi. Łatwo je pomylić z bliższymi gwiazdami. Nadal.
Szukaj słabych gigantów
Przed wystrzeleniem Euklidesa badania mogły wykryć jedynie najjaśniejsze starożytne kwazary. Najrzadszy z rzadkich. To pozostawiło astronomom niewielką próbkę danych. Zniekształcony obraz. Wiedzieli o istnieniu gigantów, ale nie widzieli ukrytej za nimi populacji.
Euclid zmienił zasady gry. Wystrzelony w 2023 roku, skanuje szerokie obszary nieba w podczerwieni. Wychwytuje światło, które poprzednie teleskopy przeoczyły. Pozwala to na przeprowadzenie prawdziwego spisu ludności.
„Euclid naprawdę zmienia zasady gry” – mówi Da Ming Yang z Uniwersytetu w Lejdzie, który kierował pracami opisującymi odkrycie.
Yang zauważa, że Euclid wychwytuje słabsze światło na dużych obszarach. Dzięki temu możesz zadać bardziej precyzyjne pytania. Nie tylko oni istnieli? Ale jak powszechne były?
Nowe dane obejmują 31 kwazarów. Wybrana próbka obejmuje okres do 13,5 miliarda lat temu. Widzimy światło emitowane przez te obiekty, gdy Wszechświat był jeszcze dzieckiem.
“Badając je i znajdując, lepiej rozumiemy, w jaki sposób tak szybko powstały tak wielkoskalowe układy. Jest to jedna z największych tajemnic astrofizyki.”
Pobij rekordy odległości
Spośród tych 31 obiektów 12 ma przesunięcie ku czerwieni wynoszące 7 lub więcej.
Przesunięcie ku czerwieni mierzy, jak bardzo ekspansja Wszechświata rozciągnęła światło. Większe przesunięcie ku czerwieni oznacza starsze światło. Redshift 7 umieszcza obiekt w pierwszych 770 milionach lat historii kosmosu.
Dwaj najstarsi ustanowili nowe rekordy.
EUCL J1729002.75+064101.8 i EUCL J125808.55+070543.2.
Ich przesunięcia ku czerwieni wynoszą 7,79 i 7,69. Znajdują się one w odległości 13,1 i 13,3 miliardów lat świetlnych od nas. Świeciły już, gdy Wszechświat miał zaledwie 670 milionów lat. To wcześniej niż jakiekolwiek wcześniej znane kwazary.
Antonio La Marca, naukowiec z ESA w zespole Euclid, nazywa to kolosalnym skokiem.
Znalezienie pierwszych dziesięciu kwazarów o dużym przesunięciu ku czerwieni zajęło astronomom ponad dekadę. Euklides przekroczył tę liczbę w ciągu zaledwie jednego roku.
„Zespół Euclid po raz pierwszy przeprowadził prawdziwy spis ludności” – mówi La Marca.
To zasadniczy krok. Przechodzimy od znalezienia wyjątków do zrozumienia reguły.
Wewnątrz silnika wczesnego wszechświata
Dlaczego te kwazary są ważne? Rozświetlają kosmiczny świt.
Silvia Belladitta i współpracownicy dokładnie zbadali drugi najstarszy kwazar. Dane ujawniają coś interesującego: czarna dziura znajduje się wewnątrz galaktyki nasyconej gazem i pyłem. Gwiazdy powstają tam w niesamowitym tempie.
To ustawienie sugeruje połączenie.
Supermasywna czarna dziura potrzebowała ogromnego napływu „pożywienia”, aby zasilić blask kwazara. Galaktyka macierzysta właśnie zamieniała ten sam gaz w gwiazdy. Dorastali razem. Ewoluowały razem.
Obiekty te pojawiły się w epoce rejonizacji.
Przed tym okresem Wszechświat doświadczył „ciemnych wieków”. Wodór był zimny i neutralny. Energetyczne światło pierwszych gwiazd, galaktyk i kwazarów pozbawiło atomy elektronów. Gaz uległ zjonizowaniu. Przestrzeń stała się przezroczysta. Zbudowany.
Te starożytne kwazary były częścią tego przejścia. Pomogli usunąć mgłę.
„Starożytne kwazary to wehikuły czasu” – mówi Valeria Pettorino, naukowiec pracujący nad projektem ESA.
Pozwalają nam zbadać, jak powstały pierwsze galaktyki. Są rzadkie. Ale one też są kluczowe.
Co dalej?
Możliwości Euclida są wyjątkowe. Kosmiczne widzenie w podczerwieni. Wyczyść zdjęcia. Głębokość. Obejmuje duże obszary. Skutecznie wykrywa odległe obiekty.
Ale teleskop to tylko połowa historii.
Przetwarzanie danych wymagało wysiłku tysięcy naukowców i inżynierów konsorcjum Euclid. Przeanalizowali ogromne ilości danych. Znaleźli te rzadkie kwazary. Teraz teleskopy naziemne mogą je dalej badać.
Te 31 kwazarów jest częścią szerokiego przeglądu Euclid. Badanie to ostatecznie obejmie ponad jedną trzecią nieba.
W miarę jak Euklides mapuje miliardy galaktyk, liczba starożytnych kwazarów prawdopodobnie wzrośnie. Dane rzucą także światło na ciemną materię. O historii kosmosu. O wielkoskalowej strukturze Wszechświata.
Dopiero zaczynamy widzieć granice tego, co tam jest. Światło tych obiektów o jasności bilionów słońc podróżowało do nas przez 13 miliardów lat. A teraz opowiada nam, jak to się wszystko zaczęło.
