Wszechświat miał 770 mln lat, a one już tam były. Jak te czarne dziury to zrobiły?

Kosmiczny łowca właśnie namierzył 31 obiektów, które są starsze niż większość galaktyk. To prastare kwazary – i świecą tak intensywnie, że widać je z odległości przekraczających nasze dotychczasowe wyobrażenia o młodym Wszechświecie. Kłopot w tym, że zgodnie z obecną wiedzą niektóre z nich nie powinny w ogóle istnieć.

Cofamy się o 13 miliardów lat

→ Czytaj też: Odkryto galaktyki z mackami. Siegają miliardów lat świetlnych – jak wpłyną na Ziemię?

Europejski teleskop Euclid, którego głównym zadaniem jest tworzenie mapy ciemnej materii, dostarczył danych, które zaskoczyły samych astronomów. W przeglądzie nieba oznaczonym jako Q1 wykryto 31 niezwykle odległych kwazarów. To aktywne jądra galaktyk, w centrum których supermasywne czarne dziury pożerają gigantyczne ilości materii, świecąc przy tym jaśniej niż całe ich macierzyste skupiska gwiazd.

Najdalsze z nowo odkrytych obiektów widzimy w stanie z epoki, gdy Wszechświat miał mniej niż 770 milionów lat. Mówimy o czasie, gdy kosmos dopiero wybudzał się z tak zwanych „wieków ciemnych”, a pierwsze gwiazdy zaczynały rozpraszać kosmiczną mgłę. Znalezienie w takim otoczeniu w pełni ukształtowanych potworów grawitacyjnych o masach miliardy razy większych od Słońca jest jak odkrycie drapacza chmur w neolitycznej wiosce.

Czarne dziury na diecie cud

→ Czytaj też: Na Marsie znaleziono dziwne metaliczne wydmy. Co to oznacza dla Ziemian?

Astrofizycy od dekad głowią się nad zagadką tempa wzrostu tych gigantów. Teoria mówi jasno: istnieje limit, tak zwany limit Eddingtona, który określa, jak szybko czarna dziura może „jeść”, zanim ciśnienie promieniowania zdmuchnie opadającą na nią materię. Żeby urosnąć do rozmiarów supermasywnych w niecałe 800 milionów lat, obiekty te musiałyby albo łamać ten limit na potęgę, albo rodzić się już jako ekstremalnie masywne z „nasion” o nieznanym pochodzeniu.

Nowa próbka z teleskopu Euclid jest tutaj kluczowa. Dzięki połączeniu światła widzialnego i bliskiej podczerwieni instrumenty misji są w stanie „odcedzić” słabe kwazary od zwykłych galaktyk i chłodnych gwiazd naszej Drogi Mlecznej. Im więcej takich obiektów znajdziemy w erze kosmicznego świtu, tym lepiej zrozumiemy, czy modele fizyki wymagają pilnej korekty.

Kosmiczna latarnia, która oświetla ciemność

Odkrycie jest częścią większego planu. Euclid, wystrzelony przez Europejską Agencję Kosmiczną (ESA), ma za zadanie prześwietlić miliardy galaktyk, tworząc największą trójwymiarową mapę Wszechświata. Kwazary są w tym projekcie nie tylko celem samym w sobie, ale też naturalnymi latarniami. Ich światło, podróżując przez pustkę, jest wyginane i filtrowane przez napotkane obłoki gazu i ciemną materię. Analizując te zniekształcenia, naukowcy mogą zajrzeć w strukturę kosmicznej sieci, która do tej pory pozostawała dla nas niewidoczna.

Udało się też rozwiać wcześniejsze obawy. Naukowcy bali się, że teleskop nie poradzi sobie z rozdzielaniem tak odległych obiektów od pobliskich czerwonych karłów. Test zakończył się sukcesem – algorytmy separacji działają bez zarzutu, co otwiera drogę do zmasowanego „polowania” na jeszcze starsze kwazary w kolejnych miesiącach pracy misji.

Zespół badawczy opublikował już swoje wyniki, udostępniając dane społeczności astronomicznej. To dopiero początek, bo Euclid działa na pełnych obrotach i w ciągu najbliższych lat ma wykryć setki podobnych potworów z dzieciństwa Wszechświata. Odpowiedź na pytanie, jak natura oszukała prawa fizyki przy budowie tych kosmicznych kolosów, może być bliżej niż kiedykolwiek wcześniej. Jeśli okaże się, że supermasywne czarne dziury rosły szybciej, niż dopuszczają nasze podręczniki, czeka nas jedna z największych rewizji w historii kosmologii.

Badania te opierają się na danych z misji Euclid, która właśnie zapolowała na rekordowo odległe kwazary.

Co to zmienia dla nas?

Na pierwszy rzut oka los czarnych dziur sprzed 13 miliardów lat wydaje się odległy od codzienności. Ale to właśnie te ekstremalne warunki testują granice Ogólnej Teorii Względności i naszego rozumienia grawitacji. Każda anomalia w tempie wzrostu tych obiektów to potencjalna furtka do fizyki wykraczającej poza Model Standardowy. Technologie opracowane do takich obserwacji – czujniki podczerwieni i optyka – już dziś trafiają do medycyny i komunikacji. Rozszyfrowanie zagadki kwazarów to nie tylko zaspokojenie ciekawości, ale też kolejny krok w oswajaniu praw natury, które pewnego dnia mogą działać na naszą korzyść.