Obserwacje najodleglejszych znanych kwazarów pokazują, że supermasywne czarne dziury powstawały już, gdy Wszechświat liczył zaledwie około 700 milionów lat czyli 6 procent obecnego wieku.

W jaki sposób czarne dziury o masach miliardy razy większych od masy Słońca mogły powstać tak szybko we wczesnym Wszechświecie? To jedna z zagadek postawionych przez astronomów z eksperymentu Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Odkryli oni 13 najodleglejszych znanych kwazarów.

„Mamy nadzieję podwoić tę liczbę w ciągu najbliższych trzech lat” – powiedział Xiaohui Fan z University of Arizona’s Steward Observatory w Tucson.

Fan kierował zespołem, który zaobserwował odległe kwazary, zwarte lecz bardzo jasno świecące obiekty zasilane przez supermasywne czarne dziury. Najodleglejszy kwazar, zaobserwowany w konstelacji Wielkiej Niedźwiedzicy, znajduje się około 13 miliardów lat świetlnych od Ziemi.

Najstarsze kwazary są źródłem pytań na temat młodego Wszechświata. Fan opowiadał o tym w piątek w Seattle na spotkaniu American Association for the Advancement of Science.

Nowo narodzony Wszechświat składał się z wodoru i helu.

„Jednak we wczesnych kwazarach dostrzegliśmy obecność wielu innych pierwiastków. Widzimy węgiel, azot, żelazo i inne. Nie jest jasne skąd one się tam wzięły. Jest tam tak wiele żelaza, jak w pobliskich dojrzałych galaktykach„.

Astronomowie szacują obecny wiek Wszechświata na 13,7 miliarda lat. Kwazary we wczesnych jego okresach wyglądały tak jak Droga Mleczna, powstała kilka miliardów lat po Wielkim Wybuchu.

Współpracujący z SDSS radioastronomowie także dokonali ciekawych obserwacji, odkrywając tlenek węgla w obłokach w pobliżu wczesnych kwazarów.

Wszystkie te obserwacje pokazują, że pierwsze dojrzałe galaktyki powstawały we wczesnym Wszechświecie razem z wczesnymi supermasywnymi czarnymi dziurami.

Kosmologowie nie wpadają w panikę. Będą jednak musieli przyjrzeć się swoim teoriom i tak je zmodyfikować, aby odpowiadały obserwacjom.

Fan i jego współpracownicy wierzą, że najstarsze kwazary mogą być używane do badania końca okresu kosmicznych „Wieków Ciemnych” i początków „Kosmicznego Odrodzenia”. W tak zwanych Wiekach Ciemnych Wszechświat był chłodnym miejscem pozbawionym gwiazd. Nastąpił następnie moment gwałtownych zmian, powstawały pierwsze galaktyki i kwazary, ogrzewając Kosmos i czyniąc go podobnym do tego, który obserwujemy obecnie.

Fan wierzy, że najstarsze znane kwazary pozwolą spojrzeć na to, co wtedy się działo.

„Nasze obserwacje pokazują, że być może obserwujemy proces, w którym jonizacji ulegały atomy wodoru. To jedno z najważniejszych zjawisk jakie zaszły w czasie pierwszego miliarda lat historii Wszechświata„.

Badania zostały rozpoczęte, aby dowiedzieć się kiedy i jak zaszedł proces tej jonizacji. Informacje z odległych kwazarów, w połączeniu z innymi danymi jak promieniowanie tła, staną się początkiem teorii mówiącej w jaki sposób we Wszechświecie pojawiły się galaktyki.

Aby zbadać Wieki Ciemne i Kosmiczne Odrodzenie potrzebne będzie użycie 6,5-metrowego Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba, będącego w fazie projektów.

Optyczne i podczerwone obserwacje przeprowadzane na Ziemi nie są w stanie wykryć obiektów o przesunięciu widm ku czerwieni większym niż 6,5. Przyczyną tego jest pochłaniająca promieniowanie para wodna w atmosferze.