Nejvzdálenější černá díra

Astronomové objevili supermasivní černou díru, která shořela plyn jen 690 milionů let po Velkém třesku.

Astronomové jsou jako historici steroidů. Vtipně tlačili záclonu kosmického času a dívali se zpět do věků ve vesmíru. Nejnovější objev v tomto úkolu, ohlásený dnes v časopise Nature, je kvasar J1342 + 0928. Tento maják s černou dírou na nás vyzařuje z červeného posunu 7, 54 nebo pouhých 690 milionů let po Velkém třesku.

Nová supermasivní černá díra J1342 + 0928 (žlutá hvězda) je nejvzdálenější nalezenou dosud (žluté tečky). Jeho hmotnost je srovnatelná s hmotností odhadovanou pro jiné časné černé díry.
Jinyi Yang / University of Arizona; Reidar Hahn / Fermilab; M. Newhouse / NOAO / AURA / NSF

Nejedná se o nejranější předmět, který astronomové našli. Síťované galaxie vytvořili zpět na pouhých 400 milionů let po It All Began. J1342 + 0928 ale obsahuje nejranější zjištěnou superhmotnou černou díru, která se vrhla na první místo asi 50 milionů let před předchozím držitelem záznamu.

Astronomové aktivně loví staré kvasary, protože chtějí pochopit, jak se vytvořily první superhmotné černé díry. K tomu potřebují vědět, kolik jich je v raném vesmíru a kolik jsou v různých časech. To vyžaduje sčítání. V rámci probíhajícího průzkumu, který hledal nejvzdálenější kvasary, přišel Eduardo Ba ados (Carnegie Institution for Science) a jeho kolegové na J1342 + 0928. Hledali zdroje, které na nás zářily v minulosti, že jejich světlo bylo kosmickou expanzí výrazně změněno. J1342 + 0928 se zasekl, protože byl neviditelný na kratších vlnových délkách, ale ukázal se na delší, červenější ty, které se od objektů v této vzdálené éře očekávaly.

Na základě jasu J1342 + 0928 a jak rychle se plyn víří kolem středové černé díry - určeno díky tomu, jak moc pohyb rozšiřuje spektrální linii jednotlivě ionizovaného hořčíku - tým odhaduje, že černá díra má hmotnost asi 800 milionů sluncí. To je o něco nižší než suplementovaný uchazeč (J1120 + 0641, 2 miliardy Sluncí) a uvnitř ballparku pro další superhmotné černé díry nalezené o několik stovek milionů let později.

Astronomové už nějakou dobu bojují o to, aby pochopili, jak vesmír vyrostl takové kolosální černé díry za méně než miliardu let. Obecně platí, že malé černé díry jedly neobvykle rychle, nebo se velké mraky nějak zhroutily přímo do velkých černých děr. Objev objektů, jako je J1342 + 0928, jednoho dne pomůže odpovědět na tuto otázku.

Nejen o černé díře

Koncept tohoto umělce zachycuje pohled v kosmickém čase na kvazar J1342 + 0928. Černá díra sídlí v převážně neutrálním vesmíru, 690 milionů let po Velkém třesku, v době, kdy se objevily první galaxie a vyřezávaly bubliny v neutrálním vodíkovém plynu, který vesmír zaplňoval.
Robin Dienel / Carnegie Instituce pro vědu

Následná práce, publikovaná několika stejnými členy týmu a vedená Bramem Venemansem (Institut Maxe Plancka pro astronomii, Německo) v Astrophysical Journal Letters, vystopovala rádiovou záři plynů a prachu v hostitelské galaxii J1342 + 0928. Interpretace dat vyžaduje trochu extrapolace, ale obecně řečeno, galaxie se zdá být malá a velmi zaprášená.

Další galaxie se stejným kosmickým věkem, A1689-zD1, má také hodně prachu - ale ne tolik jako J1342 + 0928. Celkově je prašnost hostitelské galaxie kvazaru vyšší než „normální“ galaxie pozorované v podobných kosmických dobách, ale rovnají se úrovním zjištěným pro jiné kvasary s vysokým redshiftem.

Prach pochází ze stárnoucích nebo umírajících hvězd. Časné galaxie často rychle vyčerpaly hvězdy, což by tyto úrovně mohlo vysvětlit. Stále zůstává nejasné, co nám výsledky říkají o narození v těchto systémech.

Jedním z nejdůležitějších aspektů nově objeveného kvazaru je však jeho větší prostředí. Za použití podvazového paprsku jako podsvícení tým spatřil zřetelné spektrální známky neutrálního vodíku v blízkosti. Astronomové také viděli neutrální vodík kolem druhého nejranějšího kvazaru, J1120 + 0641, ale o téměř sto milionů let později kolem kvasarů téměř žádný.

Tento výsledek dokazuje, že J1342 + 0928 sedí v epochu reionizace, kdy záření z raných galaxií roztrhalo atomy vodíku a vyplnilo vesmír a opustilo ionizovaný vodík - stav, ve kterém je vesmír stále v dnešní době převážně. Reionizace je zásadní změna, jako svítání zasáhne vesmír.

Tým odhaduje, že vodík kolem J1342 + 0928 je asi 50/50 rozdělen mezi neutrální a ionizovaný. To upřednostňuje pozdní datum pro reionizaci, což by vyústilo v výsledky založené na kosmickém mikrovlnném pozadí.

Reference:

Eduardo Bañados et al. "Černá díra 800 miliónů solárních hmot ve významně neutrálním vesmíru s redshiftem 7, 5." Příroda . Online 6. prosince 2017.

Bram Venemans a kol. "Velkorysé množství prachu a plynu v az = 7, 5 kvasarské hostitelské galaxii." Astrofyzikální deníky, nadcházející.

CM Carlisle. "První černé díry." Sky & Telescope . Leden 2017.