Euklid otkrio kvazare iz vremena kada je svemir bio veoma mlad

Šta je Euklid našao?

Svemirski teleskop Euklid, namenjen proučavanju velikih razmera svemira, pronašao je 31 kvazar iz njegovog ranog perioda. Dvanaest ima crveni pomak najmanje sedam, što znači da svetlost do nas stiže iz doba kada je svemir bio star manje od milijardu godina. Dva rekordna izvora imaju crveni pomak 7,77 i 7,69; njih vidimo iz vremena oko 670 miliona godina posle Velikog praska.

Na fotografiji oni nisu veliki vrtlozi iz naučne fantastike, već sitne tačke. Upadljivo je koliko su sjajni uprkos ogromnoj udaljenosti. Umetnička slika na vrhu prikazuje kako bi jedan kvazar mogao izgledati izbliza; kolaž ispod donosi stvarne podatke posmatranja. Ta razlika je važna da ilustraciju ne zamenimo za fotografiju objekta.

Šta je kvazar?

U središtu mnogih galaksija nalazi se supermasivna crna rupa. Kada gas pada prema njoj, pre ulaska u crnu rupu formira vreli disk i emituje ogromnu količinu svetlosti. Takvo izuzetno sjajno aktivno galaktičko jezgro nazivamo kvazar. Ne vidimo samu crnu rupu, već materiju oko nje.

Kvazari su dragoceni kao svetionici ranog svemira. Njihova svetlost putovala je milijardama godina, pa posmatranje dalekog kvazara istovremeno znači gledanje u prošlost. Crveni pomak govori koliko se prostor u međuvremenu širio. On ne znači da se objekat danas nalazi u istom stanju kao u svetlosti koju primamo.

Zašto su ovako rani kvazari zagonetka?

Ako je crna rupa već u prvih nekoliko stotina miliona godina postala veoma masivna, od nečega je morala nastati i zatim brzo dobijati materiju. Astronomi razmatraju više mogućnosti: velike početne „klice”, veoma brzo hranjenje gasom ili kombinaciju procesa. Novi uzorak od 31 objekta omogućava da se modeli porede sa većim brojem primera.

Ipak, sama vest ne rešava pitanje nastanka prvih supermasivnih crnih rupa. Da bi se procenile njihove mase i okolina, potrebni su spektroskopski podaci i dodatna posmatranja. Nauka napreduje kada se od neobičnog nalaza pređe na merljive testove različitih objašnjenja.

Kako je potraga uspela?

Euklid posmatra velika područja neba i prepoznaje kandidate na osnovu načina na koji se njihova svetlost raspoređuje po talasnim dužinama. Zatim se obećavajući objekti proveravaju dodatnim merenjima. Takav spoj široke pretrage i detaljne potvrde može otkriti retke objekte koje uski pogledi teleskopa lako promaše.

Kako crveni pomak postaje vreme?

Dok svetlost putuje kroz svemir, širenje prostora rasteže njenu talasnu dužinu. Crveni pomak govori koliko je rastegnuta u odnosu na svetlost istog procesa merenu u laboratoriji. Vrednost oko 7,7 ne znači da je objekat samo sedam puta dalje od nekog drugog: odnos daljine i starosti zavisi od istorije širenja svemira. Astronomi koriste kosmološki model da iz pomaka procene koliko je svemir bio star kada je svetlost emitovana.

Pronalaženje sjajne tačke nije kraj potvrde. Hladna zvezda u našoj galaksiji može u grubim bojama ličiti na vrlo udaljen kvazar. Spektroskopija razlaže svetlost po talasnim dužinama i pokazuje karakteristične tragove gasova i apsorpcije. Kod veoma dalekih izvora deo svetlosti potiskuje vodonik između galaksija. Kombinacija široke pretrage Euklida i ciljane potvrde smanjuje rizik da se pogrešan objekat proglasi rekorderom.

Rani kvazari su test brzine rasta crnih rupa. Njihov veliki sjaj nagoveštava intenzivno doticanje gasa, ali sjaj nije isto što i jednostavno izmerena masa. Procene zavise od geometrije diska i osobina emisije. Da bi se razlikovalo da li su crne rupe počele kao velike „klice“ ili su brzo rasle iz manjih, potrebna je cela populacija sa pouzdanim masama i okolinom. Novi uzorak pomera pitanje od pojedinačnih izuzetaka ka statistici.

Još jedan važan detalj

Kvazar nije obična zvezda neobično velikog sjaja. Energija dolazi iz gasа koji spiralno pada ka supermasivnoj crnoj rupi; pri tom se gravitaciona energija pretvara u toplotu i zračenje pre nego što materija pređe horizont događaja. Najudaljenije kvazare vidimo onakve kakvi su bili, ne onakve kakvi su danas. Njihova svetlost usput prolazi kroz gas između galaksija i nosi tragove okoline kroz koju je putovala. Zato jedan spektar može dati informacije i o kvazaru i o ranom međugalaktičkom prostoru. Međutim, vrlo rano nastajanje masivnih crnih rupa ostaje otvoreno pitanje: brz rast može biti ograničen zračenjem koje gura gas napolje, a početna masa „semena” nije neposredno poznata. Modeli nude različite putanje rasta. Euklidova šira pretraga pomaže da se uporedi koliko je objekata opaženo sa brojem koji modeli predviđaju. Ako se brojevi ne slažu, možda treba promeniti pretpostavke o nastanku, dotoku gasa ili o tome koliko dugo kvazari svetle.