Tähtitieteilijöiden ja kosmologien keskuudessa on tunnettu tosiasia, että mitä kauemmaksi katsot maailmaa, sitä kauemmas ajassa näet. Ja mitä lähempänä tähtitieteilijät näkevät 13,8 miljardia vuotta sitten tapahtuneen Ison räjähdyksen, sitä mielenkiintoisimmista löytöistä on tullut. Juuri nämä löydöt opettavat meille eniten maailmankaikkeuden varhaisimmista ajanjaksoista ja sen myöhemmästä kehityksestä.
Esimerkiksi tutkijat, jotka käyttivät laajakentän infrapunakartoitusta (WISE) ja Magellan-teleskooppeja, havaitsivat äskettäin aikaisimman aikaisimman supermassiivisen mustan reiän (SMBH). Löytöryhmän tutkimuksen mukaan tämä musta aukko on noin 800 miljoonaa kertaa aurinkojemme massa ja se sijaitsee yli 13 miljardia valovuotta maasta. Tämä tekee siitä kaikkein etäisyyden ja nuorin, SMBH, joka on toistaiseksi havaittu.
Tutkimus, jonka otsikko on ”800 miljoonan auringon massan musta aukko merkittävästi neutraalissa maailmankaikkeudessa 7,5: n punaisella siirtymällä”, ilmestyi äskettäin lehdessä Nature. Carnegie Science Institution -tutkijan Eduardo Bañadosin johdolla ryhmään kuuluivat jäsenet NASA: n jet propulsiolaboratoriosta, Max Planckin tähtitieteen instituutista, Kavlin tähtitieteen ja astrofysiikan instituutista, Las Cumbresin observatoriosta ja useista yliopistoista.
Kuten muutkin SMBH: t, tämä erityinen löytö (nimeltään J1342 + 0928) on kvaasari, luokka erittäin kirkkaita esineitä, jotka koostuvat mustasta aukosta, joka lisää aineita massiivisen galaksin keskellä. Kohde löydettiin etäkohteita koskevan tutkimuksen aikana, jossa yhdistettiin WISE-operaation infrapunadata maapallon tutkimuksiin. Ryhmä seurasi sitten tietoja Carnegie Observatoryn Magellan-kaukoputkista Chilestä.
Kuten kaikkien kaukaisten kosmologisten kohteiden kanssa, J1342 + 0928: n etäisyys määritettiin mittaamalla sen punasiirto. Mittaamalla kuinka paljon esineen valon aallonpituutta venytetään maailmankaikkeuden laajenemisella ennen kuin se saavuttaa maapallon, tähtitieteilijät pystyvät selvittämään, kuinka pitkälle sen piti matkustaa päästäkseen tänne. Tässä tapauksessa kvaasarin punasiirtymä oli 7,54, mikä tarkoittaa, että kesti yli 13 miljardia vuotta, ennen kuin valo saavutti meille.
Kuten Arizonan yliopiston Steward-observatorion Xiaohui-fani (ja tutkimuksen avustaja) selitti Carnegie-lehdistötiedotteessa:
”Tämä suuri etäisyys tekee tällaisista esineistä matalasta katsottuna erittäin heikot. Varhaiset kvaasarit ovat myös hyvin harvinaisia taivaalla. Ainoastaan yhden kvaasarin tiedettiin olevan olemassa yli seitsemällä punaisella muutoksella aiemmin, huolimatta laajoista tutkimuksista. "
Ikä ja massa huomioon ottaen tämän kvaasarin löytäminen oli varsin yllätys tutkimusryhmälle. Kuten Daniel Stern, NASA: n vesisuihkulaboratorion astrofysiikka ja tutkimuksen avustaja, ilmoitti NASA: n lehdistötiedotteessa: ”Tämä musta aukko kasvoi paljon suuremmaksi kuin odotimme vain 690 miljoonan vuoden kuluttua Ison räjähdyksen jälkeen, joka haastaa meidän teorioita mustien reikien muodostumisesta. ”
Pohjimmiltaan tämä kvaasari oli olemassa aikaan, jolloin maailmankaikkeus oli vasta alkamassa nousta siitä, mitä kosmologit kutsuvat ”pimeiksi aikakausiksi”. Tänä ajanjaksona, joka alkoi noin 380 000 vuodesta 150 miljoonaan vuoteen Ison räjähdyksen jälkeen, suurin osa maailmankaikkeuden fotoneista oli vuorovaikutuksessa elektronien ja protonien kanssa. Seurauksena on, että tämän ajanjakson säteily ei ole havaittavissa nykyisillä instrumenteillamme - tästä nimi.
Universumi pysyi tässä tilassa ilman minkäänlaista valolähdettä, kunnes painovoima tiivistyi aineesta ensimmäisiksi tähtiin ja galakseihin. Tätä ajanjaksoa kutsutaan nimellä "Reinozation Epoch", joka kesti 150 miljoonasta miljardiin vuoteen Ison räjähdyksen jälkeen ja jolle leiriytyivät ensimmäiset tähdet, galaksit ja kvaasarit. Sitä kutsutaan nimellä, koska näiden muinaisten galaksien vapauttama energia aiheutti maailmankaikkeuden neutraalivetyä kiihtyneenä ja ionisoituneena.
Heti kun maailmankaikkeus sai uudelleenionisoitumisen, fotonit voivat kulkea vapaasti läpi avaruuden ja maailmankaikkeudesta tuli virallisesti läpinäkyvä valolle. Tämän vuoksi tämän kvaasarin löytäminen on niin mielenkiintoista. Kuten joukkue havaitsi, suuri osa sitä ympäröivästä vedystä on neutraalia, mikä tarkoittaa, että se ei ole vain kaikkein kaikkein koskaan havaittu kvasari, vaan myös ainoa esimerkki kvasaarista, joka oli olemassa ennen kuin maailmankaikkeus muuttui uudelleenionisoituneeksi.
Toisin sanoen, J1342 + 0928 oli olemassa universumin merkittävän siirtymäkauden aikana, joka sattuu olemaan yksi astrofysiikan nykyisistä rajoista. Ikään kuin tämä ei riittäisi, myös joukkue sekoitti esineen massan. Jotta mustasta aukosta on tullut niin massiivista tällä maailmankaikkeuden varhaisella jaksolla, on oltava erityisedellytykset niin nopean kasvun mahdollistamiseksi.
Mikä nämä olosuhteet ovat, on kuitenkin edelleen mysteeri. Oli kyse kaikesta tapauksesta, tämä hiljattain löydetty SMBH näyttää kuluttavan ainetta galaksin keskellä hämmästyttävän nopeasti. Ja vaikka sen löytö on herättänyt monia kysymyksiä, on odotettavissa, että tulevien kaukoputkien käyttöönotto paljastaa enemmän tästä kvartaarista ja sen kosmologisesta ajanjaksosta. Kuten Stern sanoi:
"Useiden seuraavan sukupolven, jopa herkempien, rakenteilla olevien rakennusten avulla voimme odottaa tulevina vuosina monia jännittäviä löytöjä hyvin varhaisessa universumissa."
Nämä seuraavan sukupolven tehtävät sisältävät Euroopan avaruusjärjestön Euclid-operaation ja NASA: n laaja-alaisen infrapunakauko teleskoopin (WFIRST). Euclid tutkii esineitä, jotka sijaitsevat 10 miljardia vuotta aiemmin, jotta voidaan mitata, kuinka pimeä energia vaikutti kosmiseen evoluutioon, kun taas WFIRST suorittaa laaja-alaiset lähi-infrapuna-tutkimukset miljardin galaksien tulevan valon mittaamiseksi.
Molempien tehtävien odotetaan paljastavan enemmän kohteita, kuten J1342 + 0928. Tällä hetkellä tutkijat ennustavat, että taivaalla on vain 20–100 kvasaria yhtä kirkkaita ja niin kaukana kuin J1342 + 0928. Sellaisenaan he olivat erittäin tyytyväisiä tähän havaintoon, jonka odotetaan tarjoavan meille perustietoa maailmankaikkeudesta, kun se oli vain 5% nykyisestä ikästään.
