Komunikat prasowy

Okryto najdalszy kwazar

29 czerwca 2011

Zespół europejskich astronomów użył Bardzo Dużego Teleskopu VLT oraz kilku innych teleskopów do odkrycia i zbadania najdalszego kwazara zaobserwowanego do tej pory. Obiekt ten, napędzany przez czarną dziurę o masie dwóch miliardów mas Słońca, jest jednocześnie najjaśniejszym obiektem odkrytym we wczesnym Wszechświecie. Wyniki badań ukażą się w czasopiśmie Nature w wydaniu z 30 czerwca 2011 roku.

„Ten kwazar jest próbką wczesnego Wszechświata. To bardzo rzadki obiekt, który pomoże nam zrozumieć w jaki sposób kilkaset milionów lat po Wielkim Wybuchu powstały  supermasywne czarne dziury.” mówi Stephen Warren, kierownik zespołu badawczego.

Kwazary  to bardzo jasne, odległe galaktyki, które – jak się uważa – są zasilane przez supermasywne czarne dziury w swoich centrach. Duża jasność czyni z nich latarnie, które mogą pomóc w zbadaniu ery, w której formowały się pierwsze gwiazdy i galaktyki. Nowo odkryty kwazar znajduje się tak daleko, że jego światło pozwala zbadać ostatni etap ery rejonizacji [1].

Zaobserwowany kwazar nosi oznaczenie ULAS J1120+0641 [2] i widać go w momencie gdy minęło zaledwie 770 milionów lat od Wielkiego Wybuchu (redshift 7,1 [3]). Jego światło potrzebowało 12,9 miliarda lat na dotarcie do nas.

Mimo, że zaobserwowano dalsze obiekty (takie, jak rozbłysk gamma z przesunięciem ku czerwieni z = 8,2, eso0917, czy galaktyka o z = 8,6 , eso1041), nowo odkryty kwazar jest setki razy jaśniejszy niż wspomniani rekordziści. Pośród obiektów na tyle jasnych, aby można je było dokładnie zbadać, kwazar ten jest najdalszym.

Kolejny najodleglejszy kwazar widoczny jest w postaci takiej, jakiej był 870 milionów lat po Wielkim Wybuchu (przesunięcie ku czerwieni z = 6,4). Podobne, jeszcze dalsze obiekty, nie mogą zostać zaobserwowane przez przeglądy nieba w świetle widzialnym, ponieważ ich światło, rozciągnięte przez rozszerzanie się Wszechświata, w momencie gdy dociera do Ziemi, mieści się głównie w podczerwonej części widma. Europejski przegląd IKIRT Infrared Deep Sky Survey (UKIDSS), który korzysta z brytyjskiego dedykowanego teleskopu podczerwonego [4] na Hawajach, został zaprojektowany po to, aby rozwiązać ten problem. Zespół astronomów przeszukał setki milionów obiektów w bazie UKIDSS, aby odnaleźć te, które mogą być długo oczekiwanymi odległymi kwazarami i potencjalnie zdobyć palmę pierwszeństwa.

 „Odnalezienie tego obiektu zajęło nam pięć lat,” wyjaśnia Bram Venemans, jeden z badaczy. „Szukaliśmy kwazaru o przesunięciu ku czerwieni wyższym niż 6,5. Odnalezienie jeszcze dalszego o przesunięciu ku czerwieni większym niż 7, było miłą niespodzianką. Patrząc w głąb ery rejonizacji, kwazar ten dostarcza unikalnej szansy na eksplorację okna obejmującego 100 milionów lat historii kosmosu, która do tej pory była poza zasięgiem.”

Odległość do kwazara została wyznaczona na podstawie obserwacji wykonanych instrumentem FORS2 na Bardzo Dużym Teleskopie VLT oraz instrumentami pracującymi na teleskopie Gemini North. Ponieważ obiekt jest względnie jasny, możliwe stało się uzyskanie jego widma (co oznacza rozdzielenie światła obiektu na składowe barwy). Technika ta pozwoliła astronomom na zdobycie wielu informacji o kwazarze.

Obserwacje pokazały, że masa czarnej dziury w centrum ULAS J1120+0641 wynosi około dwóch miliardów mas Słońca. Istnienie tak dużej masy tak wcześnie po Wielkim Wybuchu jest trudne do wytłumaczenia. Obecne teorie powstawania supermasywnych czarnych dziur przewidują  powolne gromadzenie masy gdy zwarty obiekt pobiera materię z otoczenia.

„Sądzimy, że na całym niebie istnieje tylko około 100 jasnych kwazarów o przesunięciu ku czerwieni wyższym niż 7.”  podsumowuje Daniel Mortlock, główny autor publikacji. “Odnalezienie tych obiektów wymaga żmudnych badań, ale możliwość odsłonięcia części tajemnic wczesnego Wszechświata jest warta takiego wysiłku.”

Uwagi

[1] Około 300 000 lat po Wielkim Wybuchu, który nastąpił 13,7 miliarda lat temu, Wszechświat ochłodził się wystarczająco, aby elektrony i protony utworzyły neutralny wodór  (gaz bez ładunku elektrycznego). Ten chłodny, ciemny gaz wypełniał Wszechświat do momentu aż zaczęły formować się pierwsze gwiazdy około 100 do 150 milionów lat później. Ich intensywne promieniowanie ultrafioletowe powoli ponownie podzieliło atomy wodoru na protony i elektrony w procesie zwanym rejonizacją, czyniąc Wszechświat przezroczystym dla promieniowania ultrafioletowego. Uważa się, że era ta trwała pomiędzy 150 milionami, a 800 milionami lat po Wielkim Wybuchu.

[2] Obiekt został odnaleziony dzięki danym z przeglądu UKIDSS Large Area Survey, inaczej ULAS. Cyfry po prefiksie ‘J’ oznaczają pozycję kwazara na niebie.

[3] Ponieważ światło podróżuje ze skończoną prędkością, to badając odległe obiekty we Wszechświecie astronomowie patrzą wstecz w czasie. Światło od ULAS J1120+0641 potrzebowało 12,9 miliarda lat, aby dotrzeć do teleskopów na Ziemi, a więc kwazar jest widoczny w momencie gdy Wszechświat miał zaledwie 770 milionów lat. W ciągu tych 12,9 miliarda lat Wszechświat rozszerzył się, a w wyniku tego światło obiektu uległo „rozciągnięciu”. Kosmologiczne przesunięcie ku czerwieni, albo redshift, jest miarą całkowitego rozciągnięcia Wszechświata, które zaszło pomiędzy momentem wyemitowania światła przez obiekt, a momentem zarejestrowania go przez teleskop.

[4] UKIRT oznacza United Kingdom Infrared Telescope. Należy on do brytyjskiego Science and Technology Facilities Council i jest obsługiwany przez pracowników Joint Astronomy Centre w Hilo na Hawajach.

[5] FORS2 to instrument pracujący na Bardzo Dużym Teleskopie m.in. jako spektrograf o małej dyspersji (VLT’s FOcal Reducer and low dispersion Spectrograph). Innymi instrumentami użytymi do rozdzielenia światła kwazara były wieloobiektowy spektrograf teleskopu Gemini (Gemini Multi-Object Spectrograph – GMOS) oraz spektrograf bliskiej podczerwieni tego samego teleskopu (Gemini Near-Infrared Spectrograph – GNIRS). Do potwierdzenia wyników pomiarów wykorzystano też teleskopy: Liverpool Telescope, Isaac Newton Telescope oraz UK Infrared Telescope (UKIRT).

Więcej informacji

Wyniki badań zostały zaprezentowane w artykule, który ukazał się w czasopiśmie Nature w wydaniu z 30 czerwca 2011 roku.

Skład zespołu badawczego: Daniel J. Mortlock (Imperial College London [Imperial], Wielka Brytania), Stephen J. Warren (Imperial), Bram P. Venemans (ESO, Garching, Niemcy), Mitesh Patel (Imperial), Paul C. Hewett (Institute of Astronomy [IoA], Cambridge, Wielka Brytania), Richard G. McMahon (IoA), Chris Simpson (Liverpool John Moores University, Wielka Brytania), Tom Theuns (Institute for Computational Cosmology, Durham, Wielka Brytnia oraz University of Antwerp, Belgia), Eduardo A. Gonzáles-Solares (IoA), Andy Adamson (Joint Astronomy Centre, Hilo, USA), Simon Dye (Centre for Astronomy and Particle Theory, Nottingham, Wielka Brytania), Nigel C. Hambly (Institute for Astronomy, Edinburgh, Wielka Brytania), Paul Hirst (Gemini Observatory, Hilo, USA), Mike J. Irwin (IoA), Ernst Kuiper (Leiden Observatory, Holandia), Andy Lawrence (Institute for Astronomy, Edinburgh, Wielka Brytania), Huub J. A. Röttgering (Leiden Observatory, Holandia).

ESO, Europejskie Obserwatorium Południowe, jest wiodącą międzyrządową organizacją astronomiczną w Europie i najbardziej produktywnym obserwatorium astronomicznym na świecie. Jest wspierane przez 15 krajów: Austria, Belgia, Brazylia, Czechy, Dania, Finlandia, Francja, Hiszpania, Holandia, Niemcy, Portugalia, Szwajcaria, Szwecja, Wielka Brytania oraz Włochy. ESO prowadzi ambitne programy dotyczące projektowania, konstrukcji i użytkowania silnych naziemnych instrumentów obserwacyjnych, pozwalając astronomom na dokonywanie znaczących odkryć naukowych. ESO odgrywa wiodącą rolę w promowaniu i organizowaniu współpracy w badaniach astronomicznych. ESO zarządza trzema unikalnymi, światowej klasy obserwatoriami w Chile: La Silla, Paranal i Chajnantor. W Paranal ESO posiada Bardzo Duży Teleskop (Very Large Telescope), najbardziej zaawansowane na świecie astronomiczne obserwatorium w świetle widzialnym oraz dwa teleskopy do przeglądów. VISTA pracuje w podczerwieni i jest największym na świecie instrumentem do przeglądów nieba, natomiast VLT Survey Telescope to największy teleskop dedykowany przeglądom nieba wyłącznie w zakresie widzialnym. ESO jest europejskim partnerem dla rewolucyjnego teleskopu ALMA, największego istniejącego projektu astronomicznego. ESO planuje obecnie 40-metrowej klasy Ekstremalnie Wielki Teleskop Europejski (European Extremely Large optical/near-infrared Telescope - E-ELT), który stanie się “największym okiem świata na niebo”.

Linki

• Publikacja naukowa w Nature
• Zdjęcia VLT

Kontakt

Daniel Mortlock
Astrophysics Group, Blackett Laboratory, Imperial College London
London, United Kingdom
Tel.: +44 20 7594 7878
E-mail: d.mortlock@imperial.ac.uk

Bram Venemans
ESO Astronomer
Garching bei München, Germany
Tel.: +49 89 3200 6631
E-mail: bveneman@eso.org

Richard Hook
ESO, La Silla, Paranal, E-ELT and Survey Telescopes Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tel.: +49 89 3200 6655
E-mail: rhook@eso.org

Krzysztof Czart (Kontakt dla mediów Polska)
Sieć Popularyzacji Nauki ESO oraz Urania - Postępy Astronomii
Toruń, Polska
Tel.: +48 513 733 282
E-mail: eson-poland@eso.org

Śledź ESO w mediach społecznościowych