Είναι ένα πολύ γνωστό γεγονός μεταξύ των αστρονόμων και των κοσμολόγων ότι όσο πιο μακριά στο Σύμπαν κοιτάζετε, τόσο πιο πίσω στο παρελθόν βλέπετε. Και όσο πιο κοντά οι αστρονόμοι είναι σε θέση να δουν το Big Bang, το οποίο έλαβε χώρα πριν από 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια, τόσο πιο ενδιαφέρουσες είναι οι ανακαλύψεις. Αυτά τα ευρήματα μάς διδάσκουν τα περισσότερα για τις πρώτες περιόδους του Σύμπαντος και την επακόλουθη εξέλιξή του.
Για παράδειγμα, οι επιστήμονες που χρησιμοποιούν το Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) και τα Magellan Telescopes παρατήρησαν πρόσφατα την πρώτη Supermassive Black Hole (SMBH) μέχρι σήμερα. Σύμφωνα με τη μελέτη της ομάδας ανακάλυψης, αυτή η μαύρη τρύπα είναι περίπου 800 εκατομμύρια φορές τη μάζα του Ήλιου μας και βρίσκεται πάνω από 13 δισεκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη. Αυτό το καθιστά το πιο μακρινό και νεότερο, SMBH που παρατηρήθηκε μέχρι σήμερα.
Η μελέτη, με τίτλο "Μια μαύρη τρύπα 800 εκατομμυρίων ηλιακών μάζας σε ένα σημαντικά ουδέτερο Σύμπαν με μια κόκκινη μετατόπιση 7,5", εμφανίστηκε πρόσφατα στο περιοδικό Φύση. Με επικεφαλής τον Eduardo Bañados, ερευνητή από το Carnegie Institution for Science, η ομάδα περιελάμβανε μέλη από το εργαστήριο Jet Propulsion της NASA, το Max Planck Institute for Astronomy, το Kavli Institute for Astronomy and Astrophysics, το Παρατηρητήριο Las Cumbres και πολλά πανεπιστήμια.
Όπως και με άλλα SMBH, αυτή η συγκεκριμένη ανακάλυψη (που ονομάζεται J1342 + 0928) είναι ένα κβάζαρ, μια κατηγορία εξαιρετικά φωτεινών αντικειμένων που αποτελούνται από μια μαύρη τρύπα που συγκεντρώνει ύλη στο κέντρο ενός τεράστιου γαλαξία. Το αντικείμενο ανακαλύφθηκε κατά τη διάρκεια μιας έρευνας για απομακρυσμένα αντικείμενα, τα οποία συνδύασαν δεδομένα υπερύθρων από την αποστολή WISE με επίγειες έρευνες. Στη συνέχεια, η ομάδα παρακολούθησε δεδομένα από τα τηλεσκόπια Magellan του Παρατηρητηρίου Carnegie στη Χιλή.
Όπως με όλα τα μακρινά κοσμολογικά αντικείμενα, η απόσταση J1342 + 0928 καθορίστηκε μετρώντας την κόκκινη μετατόπιση. Μετρώντας το μήκος κύματος του φωτός ενός αντικειμένου που τεντώνεται από την επέκταση του Σύμπαντος πριν φτάσει στη Γη, οι αστρονόμοι είναι σε θέση να προσδιορίσουν πόσο μακριά έπρεπε να ταξιδέψει για να φτάσει εδώ. Σε αυτήν την περίπτωση, το κβάζαρ είχε μια κόκκινη αλλαγή 7,54, που σημαίνει ότι χρειάστηκαν περισσότερα από 13 δισεκατομμύρια χρόνια για να φτάσει το φως του.
Όπως εξήγησε ο Xiaohui Fan του Παρατηρητηρίου Steward του Πανεπιστημίου της Αριζόνα (και ένας συν-συγγραφέας της μελέτης) σε ένα δελτίο τύπου Carnegie:
«Αυτή η μεγάλη απόσταση καθιστά τέτοια αντικείμενα εξαιρετικά λιποθυμία όταν τα βλέπουμε από τη Γη. Τα πρώιμα κβάζαρ είναι επίσης πολύ σπάνια στον ουρανό. Μόνο ένα κβάζαρ ήταν γνωστό ότι υπάρχει σε μια κόκκινη μετατόπιση μεγαλύτερη από επτά πριν, παρά την εκτενή αναζήτηση. "
Δεδομένης της ηλικίας και της μάζας του, η ανακάλυψη αυτού του κβάζαρ ήταν μια έκπληξη για την ομάδα μελέτης. Όπως ανέφερε ο Daniel Stern, αστροφυσικός στο Jet Propulsion Laboratory της NASA και συν-συγγραφέας της μελέτης, σε ένα δελτίο τύπου της NASA, «Αυτή η μαύρη τρύπα μεγάλωσε πολύ περισσότερο από ό, τι περιμέναμε μόλις 690 εκατομμύρια χρόνια μετά το Big Bang, το οποίο προκαλεί θεωρίες για το πώς σχηματίζονται οι μαύρες τρύπες. "
Ουσιαστικά, αυτό το κβάζαρ υπήρχε σε μια εποχή που το Σύμπαν μόλις άρχισε να αναδύεται από αυτό που οι κοσμολόγοι αποκαλούν «Σκοτεινές Εποχές». Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, η οποία ξεκίνησε περίπου 380.000 χρόνια έως 150 εκατομμύρια χρόνια μετά το Big Bang, τα περισσότερα από τα φωτόνια στο Σύμπαν αλληλεπιδρούν με ηλεκτρόνια και πρωτόνια. Ως αποτέλεσμα, η ακτινοβολία αυτής της περιόδου δεν ανιχνεύεται από τα τρέχοντα όργανα μας - εξ ου και το όνομα.
Το Σύμπαν παρέμεινε σε αυτήν την κατάσταση, χωρίς φωτεινές πηγές, έως ότου η βαρύτητα συμπυκνώσει την ύλη στα πρώτα αστέρια και τους γαλαξίες. Αυτή η περίοδος είναι γνωστή ως «Reinozation Epoch», η οποία διήρκεσε από 150 εκατομμύρια έως 1 δισεκατομμύριο χρόνια μετά το Big Bang και χαρακτηρίστηκε από τα πρώτα αστέρια, τους γαλαξίες και τα κβάζαρ. Ονομάζεται επειδή η ενέργεια που απελευθερώνεται από αυτούς τους αρχαίους γαλαξίες προκάλεσε την ενθουσιασμό και το ιονισμό του ουδέτερου υδρογόνου του Σύμπαντος.
Από τη στιγμή που το Σύμπαν επαναπροσδιορίστηκε, τα φωτόνια μπορούσαν να ταξιδεύουν ελεύθερα σε όλο το διάστημα και το Σύμπαν έγινε επίσημα διαφανές στο φως. Αυτό είναι που κάνει την ανακάλυψη αυτού του κβάζαρ τόσο ενδιαφέρουσα. Όπως παρατήρησε η ομάδα, μεγάλο μέρος του υδρογόνου που το περιβάλλει είναι ουδέτερο, πράγμα που σημαίνει ότι δεν είναι μόνο το πιο μακρινό κβάζαρ που έχει παρατηρηθεί ποτέ, αλλά και το μόνο παράδειγμα ενός κβάζαρ που υπήρχε πριν το Σύμπαν επανενωθεί.
Με άλλα λόγια, το J1342 + 0928 υπήρχε κατά τη διάρκεια μιας μεγάλης μεταβατικής περιόδου για το Σύμπαν, η οποία τυχαίνει να είναι ένα από τα σημερινά σύνορα της αστροφυσικής. Σαν να μην ήταν αρκετό, η ομάδα μπερδεύτηκε επίσης από τη μάζα του αντικειμένου. Για μια μαύρη τρύπα να γίνει τόσο μαζική κατά τη διάρκεια αυτής της πρώιμης περιόδου του Σύμπαντος, θα έπρεπε να υπάρχουν ειδικές προϋποθέσεις για να επιτρέψει μια τέτοια ταχεία ανάπτυξη.
Ωστόσο, ποιες είναι αυτές οι συνθήκες, παραμένει ένα μυστήριο. Όποια και αν είναι η περίπτωση, αυτό το νεο-βρεθέν SMBH φαίνεται ότι καταναλώνει ύλη στο κέντρο ενός γαλαξία με εκπληκτικό ρυθμό. Και ενώ η ανακάλυψή του έχει δημιουργήσει πολλά ερωτήματα, αναμένεται ότι η ανάπτυξη μελλοντικών τηλεσκοπίων θα αποκαλύψει περισσότερα για αυτό το κβάζαρ και την κοσμολογική του περίοδο. Όπως είπε ο Στερν:
«Με αρκετές εγκαταστάσεις επόμενης γενιάς, ακόμα πιο ευαίσθητες, που σήμερα κατασκευάζονται, μπορούμε να περιμένουμε πολλές συναρπαστικές ανακαλύψεις στο πολύ πρώιμο σύμπαν τα επόμενα χρόνια».
Αυτές οι αποστολές επόμενης γενιάς περιλαμβάνουν την αποστολή Euclid της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Υπηρεσίας και τηλεσκόπιο υπέρυθρης έρευνας υπέρυθρων πεδίων της NASA (WFIRST). Ενώ ο Euclid θα μελετήσει αντικείμενα που βρίσκονταν στο παρελθόν 10 δισεκατομμύρια χρόνια στο παρελθόν για να μετρήσει πώς η σκοτεινή ενέργεια επηρέασε την κοσμική εξέλιξη, το WFIRST θα πραγματοποιήσει έρευνες σχεδόν υπέρυθρων πεδίων για να μετρήσει το φως που προέρχεται από ένα δισεκατομμύριο γαλαξίες.
Και οι δύο αποστολές αναμένεται να αποκαλύψουν περισσότερα αντικείμενα όπως το J1342 + 0928. Προς το παρόν, οι επιστήμονες προβλέπουν ότι υπάρχουν μόνο 20 έως 100 κβάζαρ τόσο φωτεινά όσο και τόσο μακριά όσο το J1342 + 0928 στον ουρανό. Ως εκ τούτου, ήταν πολύ ευχαριστημένοι με αυτήν την ανακάλυψη, η οποία αναμένεται να μας παρέχει θεμελιώδεις πληροφορίες για το Σύμπαν, όταν ήταν μόλις το 5% της τρέχουσας εποχής του.
