Astronomowie zrobili „najgłębsze” zdjęcie nowym teleskopem NASA Spitzer i ogłosili odkrycie odległych obiektów, wliczając w to kilka supermasywnych czarnych dziur, które są na granicy widoczności nawet na najdokładniejszych zdjęciach zrobionych przez teleskopy operujące na innych falach.

Doktor Mark Dickinson z National Optical Astronomy Observatory, głównodowodzący obserwacjami, powiedział: „Dzięki tym superdokładnym zdjęciom z łatwością możemy dostrzec obiekty poprzez czas i przestrzeń, tam gdzie leżą najdalsze galaktyki. Co więcej, widzimy obiekty, które są całkowicie niewidoczne, ale których istnienie zostało zasugerowane przez wcześniejsze obserwacje dokonane przez HST i Chandrę.„

Spaceflight Now

Zdjęcie składa się z mniejszych obrazów otrzymanych przez teleskopy HST, Chandra i Spitzer. Zdjęcie ukazuje bardzo dalekie, tajemnicze obiekty, które prawdopodobnie są jednymi z najstarszych i najodleglejszych czarnych dziur.

Siedem obiektów wykrytych przez teleskop Spitzera może być częścią długo poszukiwanej populacji brakujących supermasywnych czarnych dziur, które zasilają jasne centra młodych, aktywnych galaktyk. Odkrycie kończy zliczanie wszystkich źródeł X dostrzeżonych w jednym z najdokładniejszych badań Wszechświata, jakie kiedykolwiek dokonano.

Opowieść detektywistyczna wymaga połączenia siły 3 wielkich obserwatoriów NASA – Kosmicznego Teleskopu Hubble'a, rentgenowskiej Chandry oraz Kosmicznego Teleskopu Spitzera. Każdy teleskop obserwował w innych falach – poczynając od Chandry pracującej w promieniowaniu X, przez HST operującego na świetle widzialnym, a kończąc na podczerwieni Spitzera. W ten sposób dostaliśmy znacznie więcej informacji niż w przypadku pojedynczych obserwacji.

Wszystkie trzy teleskopy spojrzały w ramach projektu GOODS (Great Observatories Origins Deep Survey) na odległość około 13 miliardów lat, przez niewielką część południowego nieba zawierającego więcej niż 10 000 galaktyk. Chandra wykryła przeszło 200 źródeł promieniowania X, które przypuszczano, że są supermasywnymi czarnymi dziurami w centrach młodych galaktyk. Niezwykle gorący międzygwiezdny gaz spadający na czarną dziurę wyprodukował promieniowanie X.

Hubble Advanced Camera for Surveys odkryła w promieniowaniu optycznym galaktyki wokół prawie wszystkich źródeł promieniowania X. Jednakże siedem tajemniczych źródeł pozostało bez optycznej obserwacji galaktyki. Doktor Anton Koekemoer ze Space Telescope Science Institute w Baltimore odkrył te źródła i przedstawił trzy intrygujące możliwości ich pochodzenia. „Galaktyki wokół tych czarnych dziur mogą być całkowicie ukryte w wyniku obecności gęstej chmury pyłu, która pochłania ich światło. Galaktyka może też posiadać stare czerwone gwiazdy, a może też te czarne dziury są najodleglejszymi jakie kiedykolwiek obserwowaliśmy – prawdopodobnie około 13 miliardów lat świetlnych od nas” – powiedział Anton Koekemoer. Jeżeli ostatnia możliwość jest prawdziwa, to całe światło dochodzące do nas zostało przesunięte do bardzo długich fal podczerwonych.

Żeby móc rozwiązać tę zagadkę, naukowcy z niecierpliwością czekali na zdjęcia ze Spitzera. Ponieważ Teleskop obserwuje w promieniowaniu podczerwonym 100 razy dłuższym niż fale na których patrzy w niebo HST, mógł on zobaczyć coś, czego Hubble nie dostrzegł. I tak się stało w rzeczywistości. Już pierwsze zdjęcia ze Spitzera, wykonane na początku tego roku, ukazało poświatę podczerwoną z brakujących galaktyk.

Trzy z tych galaktyk są bardzo jasne w podczerwieni. Dane ze Spitzera połączone z danymi z VLT, wskazują, że galaktyki wokół tych czarnych dziur mogą być silnie otoczone pyłem i możliwe, że są to jedne z najodleglejszych galaktyk tego typu. Niektóre z tajemniczych obiektów mają jednak inne barwy i są bardziej intrygujące. „Ich kolory mogą być związane z odległością jakiej dotychczas nie spotkaliśmy” – powiedział Dickinson.

Stare galaktyki świecą w podczerwieni

W innych badań przy użyciu tych samych danych ze Spitzera, doktor Haojing Yan z California Institute of Technology studiował 17 niezwykłych galaktyk niedaleko Hubble Ultra Deep Field (Ultragłębokiego Pola Hubble'a). Ten niewielki kawałek nieba był miejscem, gdzie w ramach GOODS dokonano najdokładniejszych optycznych obserwacji przy pomocy Hubble Advanced Camera. Zdjęcia „głębokiego pola”, wykonane w marcu tego roku, pozwoliły obejrzeć obiekty około 5 razy słabsze niż te zrobione przez HST w ramach GOODS. Jednakże 2 z 17 wytypowanych przez Spitzera obiektów pozostało kompletnie niewidocznych w zakresie widzialnym, podczas gdy inne były ledwo dostrzegalne. Yan odkrył, że te galaktyki stają się znacznie jaśniejsze na dłuższych falach i wydają się być znacznie odleglejszymi kuzynami obiektów zwanych jako „Extremely Red Objects” (Niezwykle Czerwone Obiekty), które są znane z poprzednich badań. Większość z ERO to odległe galaktyki, które są czerwone ze względu na swoją starość albo ilość pyłu. Te nowe obiekty dostrzeżone przez Spitzera wydają się leżeć tak daleko, że ich pochodzenie możemy szacować na około 2 miliardy lat po Wielkim Wybuchu.

„Te obiekty mogą być pozostałościami po pierwszych gwiazdach. Pierwsze galaktyki uformowały się w początkowych stadiach rozwoju Wszechświata” – powiedział Yan. Większość galaktyk, które dzisiaj widzimy tworzyła swoje gwiazdy stopniowo przez dłuższy czas. Ale te 17 obiektów może być bezpośrednimi potomkami pierwszych gwiazd – to byłoby niesamowite odkrycie. Dalsze obserwacje przy pomocy Spitzera pomogą zdecydować czy rzeczywiście obiekty te są czerwone z powodu tego, że są stare czy może dlatego, że są młode i posiadają aktywnie formujące się gwiazdy otoczone pyłem.

Czarne dziury w ukryciu

Używając danych z HST i Chandry, doktor Meg Urry, astronom z Yale University i jej współpracownicy zasugerowali, że większość czarnych dziur posiadających dysk akrecyjny jest ukryta dla zakresu widzialnego, nawet we wczesnym Wszechświecie. Jednakże niewielka ilość tak odległych czarnych dziur nie została dostrzeżona, pomimo istnienia teoretycznych argumentów ich obecności. Brakowało ich, ponieważ ich promieniowanie w zakresie widzialnym jest tak słabe, że wyglądają jak zwykłe, ciemne galaktyki. „Dzięki nowym danym ze Spitzera, obiekty te stały się łatwe do dostrzeżenia” – powiedziała Urry. „Niezwykła czułość kamery podczerwonej Spitzera, w połączeniu z danymi z Chandry czyni czarne dziury zasilane przez spadający gaz możliwymi do zobaczenia„.

Grupa Urry przy użyciu danych z 3 kosmicznych obserwatoriów stworzyła spis czarnych dziur, które utworzyły się od dwóch do pięciu miliardów lat po Wielkim Wybuchu. Większość z jąder tych aktywnych galaktyk jest ukryta pod powierzchnią pyłu, który absorbuje fale widzialne i część promieniowania X, ale za to emituje fale podczerwone. „Obserwacje przy użyciu Spitzera w ramach projektu GOODS zweryfikują czy ta duża ilość nieprzejrzystych aktywnych jąder galaktyk była w rzeczywistości obecna we wczesnym Wszechświecie. Dane zbierane na dłuższych falach pozwolą nawet odkryć więcej ciemnych, aktywnych jąder galaktyk, wliczając w to te, które umknęły podczas badań w zakresie promieniwania X” – powiedziała Urry.