Światło z blaskiem biliona słońc. Teleskop Euclid cofnął nas o miliardy lat
Kwazary to jedne z najjaśniejszych i najbardziej energetycznych obiektów we wszechświecie. Ich niezwykła jasność to wynik procesu opadania materii na supermasywną czarną dziurę znajdującą się w centrum galaktyki. Proces ten uwalnia ogromne ilości energii. To sprawia, że kwazary są widoczne nawet z odległości miliardów lat świetlnych . Nowo odkryte kwazary pochodzą z czasów, gdy wszechświat miał zaledwie 670 milionów lat, czyli zaledwie 5 proc. jego obecnego wieku. Ich światło, porównywalne z blaskiem biliona słońc, dociera do nas z epoki, gdy dopiero zaczynały formować się pierwsze galaktyki i czarne dziury.
Dlaczego poszukiwanie najstarszych kwazarów to wyzwanie?
Poszukiwania tak odległych kwazarów to zadanie niezwykle trudne. Wczesny wszechświat był miejscem, gdzie galaktyki dopiero zaczynały się kształtować, a kwazary były bardzo rzadkie. Po prostu niewiele galaktyk zdążyło wówczas osiągnąć odpowiednią masę.
Dodatkowo, światło tych obiektów łatwo pomylić z sygnałami pochodzącymi od bliższych gwiazd. Problemem jest tu także towarzyszące procesowi rozszerzania się wszechświata zjawisko przesunięcia ku czerwieni, które powoduje, że światło odległych kwazarów przesuwa się z zakresu ultrafioletowego do bliskiej podczerwieni . Tymczasem, to właśnie w tej części widma atmosfera Ziemi świeci najjaśniej, skutecznie zagłuszając słabe sygnały z głębokiego kosmosu. Przesunięcie ku czerwieni ma jednak równocześnie znaczenie badawcze. Astronomowie wykorzystują jego wartość jako miarę wieku i odległości obiektu, im większe, tym dalej i wcześniej w historii wszechświata znajduje się dany kwazar.
Teleskop Euclid przełamuje barierę ziemskiej atmosfery
Przełom w badaniach przyniosło uruchomienie w 2023 roku teleskopu kosmicznego Euclid, należącego do Europejskiej Agencji Kosmicznej. Dzięki obserwacjom prowadzonym poza atmosferą Ziemi, Euclid jest w stanie przeszukiwać w zakresie podczerwieni ogromne obszary nieba, docierając do najodleglejszych i najstarszych obiektów.
W ramach programu Euclid Wide Survey odkryto 31 nowych kwazarów z wczesnego wszechświata , z czego aż 12 znajduje się na granicy lub powyżej przesunięcia ku czerwieni równego 7, co odpowiada pierwszym 770 milionom lat istnienia Wszechświata. Dwa rekordowe obiekty - EUCL J172902.75+641018.1 oraz EUCL J125308.55+705432.3 - mają przesunięcia ku czerwieni odpowiednio 7,77 i 7,69, co oznacza, że ich światło podróżowało do nas przez ponad 13 miliardów lat.
Dotychczas znane najstarsze kwazary były wyjątkowo jasnymi, rzadkimi przypadkami. Dzięki Euclidowi naukowcy po raz pierwszy mogą badać całą populację tych obiektów, a nie tylko pojedyncze, najjaśniejsze egzemplarze. To otwiera nowe możliwości w badaniach nad powstawaniem pierwszych supermasywnych czarnych dziur i galaktyk.
Analizy jednego z nowo odkrytych kwazarów wykazały, że był on osadzony w galaktyce bogatej w gaz i pył, intensywnie tworzącej nowe gwiazdy. To cenne wskazówki dotyczące warunków panujących w galaktykach-gospodarzach najwcześniejszych czarnych dziur. Kwazary te pochodzą z tzw. epoki rejonizacji, kiedy to pierwsze gwiazdy i galaktyki zaczęły jonizować neutralny wodór wypełniający młody wszechświat. Był to kluczowy okres, który przygotował grunt pod dalszą ewolucję kosmosu.
Co dalej? Teleskop Jamesa Webba wkracza do akcji
Naukowcy planują teraz poszukiwania kwazarów o jeszcze wyższym przesunięciu ku czerwieni, powyżej 8, co pozwoliłoby dotrzeć do czasów, gdy wszechświat miał mniej niż 630 milionów lat. Już teraz zaplanowano szczegółowe obserwacje nowo odkrytych kwazarów za pomocą Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba, który umożliwi m.in. pomiary mas czarnych dziur, analizę składu chemicznego gazu wokół nich oraz badania procesu rejonizacji. Dodatkowo, obserwacje prowadzone przez sieć radioteleskopów Atacama Large Millimeter Array pozwolą na badania pyłu i gazu w galaktykach-gospodarzach tych odległych kwazarów, rzucając nowe światło na procesy formowania gwiazd i ewolucji materii we wczesnym wszechświecie.