Det er et kjent faktum blant astronomer og kosmologer at jo lenger inn i universet du ser, jo lenger tilbake i tid du ser. Og jo nærmere astronomene kan se Big Bang, som fant sted for 13,8 milliarder år siden, jo mer interessante oppdagelsene har en tendens til å bli. Det er disse funnene som lærer oss mest om de tidligste periodene av universet og dets etterfølgende utvikling.
For eksempel har forskere som bruker Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) og Magellan Telescopes, nylig observert det tidligste Supermassive Black Hole (SMBH) hittil. I følge undersøkelsesteamets studie er dette sorte hullet omtrent 800 millioner ganger massen til sola vår og ligger mer enn 13 milliarder lysår fra Jorden. Dette gjør den til den fjerneste og yngste SMBH observert til dags dato.
Studien, med tittelen “Et 800 millioner solmasse svart hull i et betydelig nøytralt univers ved en rødforskyvning på 7,5”, dukket nylig opp i tidsskriftet Natur. Ledet av Eduardo Bañados, en forsker fra Carnegie Institution for Science, inkluderte teamet medlemmer fra NASAs Jet Propulsion Laboratory, Max Planck Institute for Astronomy, Kavli Institute for Astronomy and Astrophysics, Las Cumbres Observatory, og flere universiteter.
I likhet med andre SMBH-er, er denne spesielle oppdagelsen (betegnet J1342 + 0928) en kvasar, en klasse super lyse gjenstander som består av et svart hull som beskriver materie i sentrum av en massiv galakse. Objektet ble oppdaget i løpet av en undersøkelse for fjerne objekter, som kombinerte infrarøde data fra WISE-oppdraget med bakkebaserte undersøkelser. Teamet fulgte deretter opp med data fra Carnegie Observatory's Magellan-teleskoper i Chile.
Som med alle fjerne kosmologiske objekter, ble J1342 + 0928s avstand bestemt ved å måle dens rødforskyvning. Ved å måle hvor mye bølgelengden til et objekts lys blir strukket av utvidelsen av universet før det når jorden, er astronomer i stand til å bestemme hvor langt det måtte reise for å komme hit. I dette tilfellet hadde kvasaren en rødskift på 7,54, noe som betyr at det tok mer enn 13 milliarder år før lyset hans nå oss.
Som Xiaohui Fan fra University of Arizona's Steward Observatory (og en medforfatter på studien) forklarte i en Carnegie-pressemelding:
“Denne store avstanden gjør slike gjenstander ekstremt svake når de sees fra Jorden. Tidlige kvasarer er også veldig sjeldne på himmelen. Bare en kvasar var kjent for å eksistere på en rødskift større enn syv før nå, til tross for omfattende søk. ”
Gitt sin alder og masse, var oppdagelsen av denne kvasaren ganske overraskelsen for studieteamet. Som Daniel Stern, en astrofysiker ved NASAs Jet Propulsion Laboratory og en medforfatter på studien, antydet i en pressemelding fra NASA, “Dette sorte hullet ble langt større enn vi forventet i bare 690 millioner år etter Big Bang, som utfordrer vår teorier om hvordan sorte hull dannes. ”
I hovedsak eksisterte denne kvasaren på et tidspunkt da universet akkurat begynte å dukke opp fra det kosmologene kaller "mørke aldre". I løpet av denne perioden, som begynte omtrent 380 000 år til 150 millioner år etter Big Bang, hadde de fleste fotonene i universet samspill med elektroner og protoner. Som et resultat kan strålingen i denne perioden ikke påvises av våre nåværende instrumenter - derav navnet.
Universet forble i denne tilstanden, uten noen lysende kilder, inntil tyngdekraften kondenserte materien til de første stjernene og galakser. Denne perioden er kjent som "Reinozation Epoch", som varte fra 150 millioner til 1 milliard år etter Big Bang og ble preget av de første stjernene, galakser og kvasarer som dannes. Det er såkalt fordi energien som frigjøres av disse eldgamle galakser fikk universets nøytrale hydrogen til å bli opphisset og ionisere.
Når universet ble reionisert, kunne fotoner bevege seg fritt gjennom verdensrommet, og universet ble offisielt gjennomsiktig for lys. Det er dette som gjør oppdagelsen av denne kvasaren så interessant. Som teamet observerte, er mye av hydrogenet som omgir det nøytralt, noe som betyr at det ikke bare er den fjerneste kvasaren som noen gang er observert, men også det eneste eksemplet på en kvasar som eksisterte før universet ble gjeninnført.
Med andre ord, J1342 + 0928 eksisterte i løpet av en stor overgangsperiode for universet, som tilfeldigvis er en av de nåværende grensene for astrofysikk. Som om dette ikke var nok, ble teamet også forvirret av gjenstandens masse. For at et svart hull skal ha blitt så massivt i løpet av denne tidlige perioden av universet, må det være spesielle forhold for å tillate en så rask vekst.
Hva disse forholdene er, forblir imidlertid et mysterium. Uansett hva tilfellet måtte være, ser denne nylig funnet SMBH ut til å forbruke materie i sentrum av en galakse med en forbløffende hastighet. Og selv om oppdagelsen har vakt mange spørsmål, forventes det at utplasseringen av fremtidige teleskoper vil avsløre mer om denne kvasaren og dens kosmologiske periode. Som Stern sa:
"Med flere neste generasjons, enda mer følsomme fasiliteter som nå bygges, kan vi forvente mange spennende oppdagelser i det ganske tidlige universet i de kommende årene."
Disse neste generasjons oppdragene inkluderer Det europeiske romfartsorganets Euklid-oppdrag og NASAs Wide-field Infrared Survey Telescope (WFIRST). Mens Euclid vil studere gjenstander som ligger 10 milliarder år tidligere for å måle hvor mørk energi påvirket den kosmiske evolusjonen, vil WFIRST utføre bredfelt nær-infrarøde undersøkelser for å måle lyset fra en milliard galakser.
Begge oppdragene forventes å avsløre flere objekter som J1342 + 0928. For tiden spår forskere at det bare er 20 til 100 kvasarer så lyse og så fjerne som J1342 + 0928 på himmelen. Som sådan var de mest fornøyd med denne oppdagelsen, som forventes å gi oss grunnleggende informasjon om universet da det bare var 5% av dagens alder.
