Utisak ovog umjetnika pokazuje kako J043947.08 + 163415.7, vrlo udaljeni kvazar koji pokreće supermasivna crna rupa, može izgledati izbliza. Ovaj je objekt daleko najsvjetliji kvazar koji je još otkriven u ranom Svemiru, ali samo u pogledu prividne svjetline. (ESA / HUBBLE, NASA, M. KORNMESSER)

Oprosti, astronomi nisu našli najsjajniji kvazar u čitavom svemiru

Uz pomoć gravitacije Ainsteina i snage svemirskog teleskopa Hubble, to je najsvjetliji kvazar koji smo ikada otkrili.

U astronomiji se mogu odgovoriti na dvije vrste pitanja: jednostavna i teška. Jednostavna pitanja uključuju obližnje predmete u kojima se nalazi mnoštvo i lako ih je vidjeti; u teške se ubrajaju udaljeni predmeti koje je rijetko i teško pronaći. Na mnoge načine, najveća pitanja uključuju određivanje onoga što se događa u najvećim kozmičkim krajnostima.

U spektakularnom novom nalazu astronomi su najavili rekordni kvazar u ranom Svemiru: sjajniji od 600 trilijuna Sunca. S obzirom da nam je svjetlost došla od prije 13 milijardi godina - samo 800 milijuna godina nakon Velikog praska, njegova svjetlina implicira da ga pokreće crna rupa 10 milijardi puta veća od mase našeg Sunca.

Ali taj je zaključak potpuno pogrešan. To je nazor Einsteinove relativnosti koja nas muči i razumjeli smo točno zašto.

Zamislite da imate žarulju sa svijetlim žaruljama. Dok uključite prekidač, on zagrijava žarulju i sjajno sjaji kao što to daje standardni broj: 100 vata. Možete stajati određenu udaljenost od nje i točno predvidjeti koliko će se svijetliti. A ovo funkcionira i na drugi način: ako možete izmjeriti njegovu udaljenost i koliko je svijetla, možete zaključiti koliko je zapravo svjetlotan.

Ali postoji upozorenje na ovu vrstu razmišljanja. Morate biti sigurni da ništa ne povećava tu svjetlost koju vidite sa svoje lokacije u svemiru. Ako biste ovu žarulju gledali kroz povećalo, i dalje biste dobili pravo mjerenje udaljenosti, ali izmjerite prividnu svjetlinu koja je umjetno pojačana. Što je veća povećala vaša leća, veća je i umjetna pojačka. Ako biste pokušali zaključiti koliko je zaista bila sjajna žarulja, bili biste pristrani prema pogrešnom odgovoru, a veća povećavanja rezultiraju većim količinama rezultata.

Gravitacijske leće, povećavajući i izobličujući pozadinski izvor, omogućuju nam da vidimo bliže, udaljenije objekte nego ikad prije. (ALMA (ESO / NRAO / NAOJ), L. CALÇADA (ESO), Y. HEZAVEH ET AL.)

Ne postoje lupe koje se prirodno javljaju u svemiru, ali tu je stvarno stvaran fenomen gravitacijskog leća. Kada gledate udaljeni objekt u Svemiru, postoji realna mogućnost postojanja velike mase duž vašeg vidokruga prema onome što vi promatrate.

U Einsteinovoj relativnosti masa uzrokuje zakrivljenost tkanine prostora, a veće mase izazivaju veću zakrivljenost. Svjetlost iz udaljenog objekta koji prolazi kroz područje jako zakrivljenog svemirskog vremena imat će izobličen put. Ako je izobličenje dovoljno značajno, može prouzrokovati razne efekte, uključujući istezanje promatrane slike, stvaranje više slika i veliko povećanje svjetla koje dolazi od izvora.

HE0435–1223, smješten u središtu ove slike širokog polja, spada u pet najboljih lensiranih kvazara otkrivenih do danas. Galaksija u prvom planu stvara četiri visoko simetrične slike dalekog kvazara oko nje. Kvazari su najudaljeniji objekti koji se nalaze u promatranom Univerzumu. (ESA / HUBBLE, NASA, SUYU ET AL.)

Kada su u pitanju najsvjetliji predmeti u ultra udaljenom Svemiru, ne koristimo žarulje. Ne koristimo ni zvijezde, galaksije ili supernove; na tako velikim udaljenostima, jedini pojedinačni objekti koji se mogu vidjeti u velikom broju su kvazari. Ubrzo nakon Velikog praska, Svemir je prvi put stvorio zvijezde, vodeći do crnih rupa, spajanja i galaksija. Kako je vrijeme odmicalo, na kraju su se pojavile prve supermasivne crne rupe u središtima tih mladih galaksija.

Te crne rupe, kada se njihove galaksije domaćini podvrgnuta velikim provalama zvijezda, mogu nakupiti i proždirati velike količine materije. Kako to rade, crne rupe rastu, a regije koje ih okružuju emitiraju velike količine elektromagnetskog zračenja, od radio dijela spektra sve do X-zraka. Na temelju zračenja koje opažamo možemo rekonstruirati sve vrste svojstava ovih kvazara i galaksija koje nastanjuju.

Ovaj novootkriveni kvazar nazvan je J043947.08 + 163415.7, što ćemo ukratko nazvati J0439. Otkrivena je u istraživanju širokog područja 2017. godine, a prošle je godine dobila praćenje od Hubblea. I - baš kao što biste se nadali pomoću žarulje - bili smo u mogućnosti izmjeriti udaljenost i svjetlinu ovog objekta.

Možemo vrlo precizno izmjeriti koliko je ovaj kvazar daleko, i dobiti vrijednost primjenom onoga što znamo o svemiru koji se širi: udaljenom 28,1 milijardi svjetlosnih godina.

Možemo izmjeriti do vrlo visoke preciznosti koliko se svijetli kvazar pojavljuje prikupljanjem njegove svjetlosti, a to nam daje izravno mjerenje prividne svjetline.

I spajanjem tih dviju figura dobivamo tu cifru za unutarnju svjetlinu kvazara: 600 trilijuna puta vedrine Sunca.

Najdalji rendgenski mlaz u Svemiru, iz kvazara GB 1428, otprilike je iste udaljenosti i dobi, kao što se gleda sa Zemlje, kao kvazar S5 0014 + 81, u kojem se nalazi možda najveća poznata crna rupa u Svemiru. Smatra se da su ovi udaljeni behemoti aktivirani spajanjem ili drugim gravitacijskim interakcijama što također dovodi do značajnog skoka brzine stvaranja zvijezda viđenih u tim galaksijama domaćina. (X-RAY: NASA / CXC / NRC / C.CHEUNG ET AL; OPTIČKO: NASA / STSCI; RADIO: NSF / NRAO / VLA)

Da je to istina, ovaj bi objekt bio daleko najsvjetlija stvar koju smo otkrili na tako velikim udaljenostima. Trenutno znamo stotine kvazara koji se nalaze na sličnim ekstremnim udaljenostima, a koji se kreću u jačini od nekoliko trilijuna do možda 300 trilijunastruko veće od svjetline Sunca. Dakle, ovaj novi kvazar, J0439, sada je više nego dvostruko blistaviji od sljedećeg - najsvjetlijeg. Neki čak tvrde da je to možda najsvjetliji kvazar u ranom Svemiru.

Da bismo vam dali predodžbu o tome koliko bi takav kvazar mogao biti, možemo izvesti masu za njegovu središnju crnu rupu na temelju njegove svjetline: 10 milijardi solarnih masa. Možemo zaključiti stopu stvaranja zvijezda za galaksiju u kojoj se nalazi: 10.000 solarnih masa u vrijednosti novih zvijezda godišnje.

Za usporedbu, naš Mliječni put ima supermasiranu crnu rupu od samo 4 milijuna solarnih masa i tvori manje od jedne solarne mase u vrijednosti novih zvijezda svake godine.

Ovaj viševalvanski prikaz galaktičkog centra Mliječne staze ide od rendgenske zrake kroz optičku i infracrvenu, pokazujući Strelca A * i intragalaktički medij smješten oko 25 000 svjetlosnih godina. Crna rupa ima masu od oko 4 milijuna Sunca, dok Mliječni put kao cjelina svake godine tvori manje od jednog novog Sunčevog zvijezde. Kasnije ove godine, pomoću radio podataka, EHT će riješiti obzor događaja crne rupe. (X-RAY: NASA / CXC / UMASS / D. WANG ET AL; OPTIČKO: NASA / ESA / STSCI / D.WANG ET AL; IR: NASA / JPL-CALTECH / SSC / S.STOLOVY)

Otkriveno je otprilike 500 kvazara koji nam dolaze iz vrlo ranih vremena: kad je Svemir bio star manje od 1,2 milijarde godina. Nijedan nije tako svijetao, crne su rupe toliko masivne ili impliciraju da su tako velike stope formiranja zvijezda. Ako bi ovaj kvazar bio svijetao kao što impliciraju ova opažanja, možda bi bio najekstremniji objekt u čitavom Svemiru.

Ali to nije istina Kvazar J0439 nije 600 trilijuna puta blistaviji od našeg Sunca, i definitivno nije najsvjetliji kvazar u Svemiru. Umjesto toga, J0439 pokazuje signalne znakove gravitacijskog sočiva, koji bi ga mogli povećati za čak 50 faktora.

Umjesto da bude 600 trilijuna puta blistavije od našeg Sunca, ono bi moglo biti samo 10-12 trilijuna puta svjetlosnije, što bi ga zapravo učinilo jednim od najslađih kvazara ikad otkrivenih na tako velikoj udaljenosti.

Ova slika prikazuje udaljeni kvazar J043947.08 + 163415.7 kao što je to promatrano s NASA / ESA svemirskim teleskopom. Kvazar je jedan od najsvjetlijih objekata u ranom Svemiru. Međutim, zbog udaljenosti postalo je vidljivo tek što je njegova slika postala svjetlija i veća gravitacijskim lećanjem. (NASA, ESA, X. FAN (UNIVERZITET ARIZONE))

Potpisi za leće potpuno su nedvosmisleni i neizbježni. U Hubble podacima je riješeno više slika, jer su opažanja pokazala postojanje tri odvojene slike za J0439. Jasno je vidljivo i postojanje galaksije u prvom planu, kompenzirane samo potrebnom kutnom razlikom, otkrivajući izvor za gravitacijsko leće.

Najbolje tumačenje ovih podataka je da kvazar možda šalje svjetlost od prije 13 milijardi godina, ali otprilike na pola puta između nas i tog kvazara, isprepletena galaksija snažno zakriva prostor. Kada rekonstruiramo ono što mora biti prisutno da objasne ova opažanja, zaključujemo da to nije najsvjetliji kvazar otkriven na tako velikim udaljenostima; prvi je kvazar koji je gravitacijski posuđen u najudaljenije dosege svemira.

Ilustracija gravitacijskog leća prikazuje kako su pozadinske galaksije - ili bilo koji put svjetlosti - izobličene prisutnošću intervencijske mase, ali također pokazuju kako je sam prostor savijen i iskrivljen prisutnošću same mase prednjeg planova. Povećavanje takve leće može uzrokovati zbunjenost u vezi s unutarnjom svjetlošću izvora ako se ne računa pravilno. (NASA / ESA)

Kad uzmemo u obzir efekte gravitacijskog leća, zajedno s pripadajućom zakrivljenosti prostora zbog Einsteinove relativnosti, ovaj kvazar postaje mnogo razumniji.

  • Umjesto 600 bilijuna puta blistavijeg od našeg Sunca, on je samo ~ 12 trilijuna puta svjetliji, u skladu s drugim kvazarima.
  • Umjesto crne rupe koja je 10 milijardi puta krupnija od našeg Sunca, što se ne događa u tako ranim vremenima, trebala bi biti samo 0,8 milijardi puta veća od Sunčeve mase, što je u skladu s drugim velikim supermasivnim crnim rupama u tim ranim fazama.
  • I umjesto stope stvaranja zvijezda koja je nekoliko desetaka tisuća puta veća od naše galaksije, rekonstruiramo jedan koji je mnogo bliže usklađen s drugim mladim kvazarima: nekoliko stotina do nekoliko tisuća solarnih masa u vrijednosti novih zvijezda godišnje.

U budućnosti bi dublje preglede veće razmjera trebale otkriti više kvazara na rubu moćnih gravitacijskih leća. Trebali bismo otkriti još mnogo ovih kvazara slabe svjetlosti na velikim udaljenostima, koji su ispod pragova otkrivanja naših trenutnih opservatorija, bez poboljšanja leće. A posebno za J0439, u potpunosti očekujemo da će naknadna promatranja s ALMA-om otkriti kako se brzo kreće materijal oko crne rupe kvazi koji će nam pružiti uvid u njegovu masu.

Jezgra galaksije NGC 4261, poput jezgre mnogih mnogih galaksija, pokazuju znakove supermasivne crne rupe kako u infracrvenim, tako i u rentgenskim promatranjima. Kad mjerimo gibanje plina, uključujući njegovu brzinu na različitim udaljenostima od središta, oko te crne rupe, možemo zaključiti prilično preciznu vrijednost in situ supermasivne crne rupe. (NASA / HUBBLE I ESA)

Ovaj novi kvazar je fascinantan, ali ne iz razloga koji ste možda čuli. To nije najsvjetliji objekt u blizini naše kozmičke zore, već jedan od najslađih otkrivenih objekata. To smo uspjeli pronaći samo zbog snage gravitacijskog sočiva, slučajnog poravnanja interventne galaksije i jedinstvenih pravila Einsteinove relativnosti.

Možda smo u ranom Svemiru pronašli kvazar s najvećom prividnom svjetlošću, koji je sam po sebi izvanredan. Ali naš je cilj razumjeti Svemir kakav jest, a ne onakav kakav nam se čini. Kad to uzmemo u obzir, ovaj je kvazar točno u skladu s onim što očekujemo. A to je fascinantna priča sama po sebi, bez dodatnog senzacionalizma.

Starts With A Bang je sada na Forbesu, a objavljen je na Mediumu zahvaljujući našim pristalicama Patreona. Ethan je autor dvije knjige, Beyond The Galaxy i Treknology: The Science of Star Trek od Tricorders do Warp Drive-a.