Astronomowie przy pomocy należącego do NASA Obserwatorium Rentgenowskiego Chandra odkryli dowody na istnienie niezwykle długiego strumienia cząstek pochodzących z supermasywnej czarnej dziury we wczesnym Wszechświecie.
Jeśli to się potwierdzi, będzie to najbardziej odległa supermasywna czarna dziura z dżetem wykrytym w promieniach X, pochodząca z galaktyki oddalonej od Ziemi o około 12,7 miliarda lat świetlnych. Może to pomóc w wyjaśnieniu, w jaki sposób największe czarne dziury uformowały się w bardzo wczesnym okresie historii Wszechświata.
Źródłem dżetu jest kwazar - szybko rosnąca supermasywna czarna dziura - nazwany PSO J352.4034-15.3373 (w skrócie PJ352-15), który znajduje się w centrum młodej galaktyki. Jest to jeden z dwóch najpotężniejszych kwazarów wykrytych w falach radiowych w ciągu pierwszych miliardów lat po Wielkim Wybuchu i jest około miliard razy masywniejszy od Słońca.
W jaki sposób supermasywne czarne dziury są w stanie rosnąć tak szybko, aby osiągnąć tak ogromną masę w tak wczesnym okresie istnienia Wszechświata? Jest to jedno z kluczowych pytań dzisiejszej astronomii.
Pomimo potężnej grawitacji i budzącej grozę reputacji, czarne dziury nie wciągają w sposób nieunikniony wszystkiego, co się do nich zbliża. Materia krążąca wokół czarnej dziury w dysku musi stracić prędkość i energię, zanim będzie mogła opaść dalej do środka, aby przekroczyć tzw. horyzont zdarzeń, czyli punkt bez powrotu. Pola magnetyczne mogą powodować efekt hamowania dysku, ponieważ napędzają strumień, który jest jednym z kluczowych sposobów utraty energii przez materię w dysku, a tym samym zwiększenia tempa wzrostu czarnych dziur.
"Jeśli karuzela na placu zabaw porusza się zbyt szybko, to trudno jest dziecku poruszać się w kierunku jej centrum, więc ktoś lub coś musi ją spowolnić", powiedział Thomas Connor z NASA's Jet Propulsion Laboratory (JPL) w Pasadenie, który kierował badaniami. "Myślimy, że wokół supermasywnych czarnych dziur dżety mogą zebrać wystarczającą ilość energii, aby materiał mógł opaść do środka, a czarna dziura mogła rosnąć".
PJ352-15 bije kilka różnych rekordów astronomicznych. Po pierwsze, najdłuższy wcześniej zaobserwowany dżet z pierwszego miliarda lat po Wielkim Wybuchu miał długość zaledwie około 5 tysięcy lat świetlnych, co odpowiada obserwacjom radiowym PJ352-15. Po drugie, PJ352-15 jest około 300 milionów lat świetlnych dalej niż najodleglejszy dżet rentgenowski zarejestrowany przed nim.
Światło wykryte z tego dżetu zostało wyemitowane, gdy Wszechświat miał zaledwie 0,98 miliarda lat, czyli mniej niż jedną dziesiątą obecnego wieku. W tym momencie intensywność kosmicznego mikrofalowego promieniowania tła (CMB) pozostałego po Wielkim Wybuchu była znacznie większa niż obecnie.
Gdy elektrony w strumieniu odlatują od czarnej dziury z prędkością bliską prędkości światła, przenikają i zderzają się z fotonami tworzącymi promieniowanie CMB, zwiększając energię fotonów do zakresu promieniowania rentgenowskiego, które może być wykryte przez Chandrę. W tym scenariuszu promieniowanie rentgenowskie ma znacznie większą jasność niż fale radiowe. Zgadza się to z obserwacją, że duży dżet rentgenowski nie ma powiązanej emisji radiowej.
"Nasz wynik pokazuje, że obserwacje rentgenowskie mogą być jednym z najlepszych sposobów na badanie kwazarów z dżetami we wczesnym Wszechświecie" - powiedział współautor Daniel Stern, również z JPL.
"Ujmując to inaczej, obserwacje rentgenowskie w przyszłości mogą być kluczem do odblokowania tajemnic naszej kosmicznej przeszłości".
