Det er et kendt faktum blandt astronomer og kosmologer, at jo længere ind i universet du ser, jo længere tilbage i tiden du ser. Og jo tættere astronomer kan se Big Bang, der fandt sted for 13,8 milliarder år siden, jo mere interessante er opdagelserne tendens til at blive. Det er disse fund, der lærer os mest om de tidligste perioder af universet og dets efterfølgende udvikling.
For eksempel har forskere, der bruger Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) og Magellan Telescopes, for nylig observeret det tidligste Supermassive Black Hole (SMBH) til dato. I henhold til undersøgelsesteamets undersøgelse er dette sorte hul cirka 800 millioner gange massen af vores Sol og er placeret mere end 13 milliarder lysår fra Jorden. Dette gør det til den mest fjerne og yngste SMBH, der er observeret til dato.
Undersøgelsen med titlen "Et 800-million-solmasse sort hul i et markant neutralt univers ved en rødskift på 7,5" dukkede for nylig op i tidsskriftet Natur. Under ledelse af Eduardo Bañados, en forsker fra Carnegie Institution for Science, inkluderede teamet medlemmer fra NASAs Jet Propulsion Laboratory, Max Planck Institute for Astronomy, Kavli Institute for Astronomy and Astrophysics, Las Cumbres Observatory og flere universiteter.
Som med andre SMBH'er, er denne særlige opdagelse (betegnet J1342 + 0928) en kvasar, en klasse af super lyse genstande, der består af et sorte hul, der hæver sig til stof i midten af en massiv galakse. Objektet blev opdaget i løbet af en undersøgelse for fjerne objekter, der kombinerede infrarøde data fra WISE-missionen med jordbaserede undersøgelser. Holdet fulgte derefter op med data fra Carnegie Observatory's Magellan-teleskoper i Chile.
Som med alle fjerne kosmologiske objekter blev J1342 + 0928's afstand bestemt ved at måle dens rødskift. Ved at måle, hvor meget bølgelængden af et objekts lys strækkes af universets udvidelse, før det når jorden, er astronomer i stand til at bestemme, hvor langt det måtte rejse for at komme hit. I dette tilfælde havde kvasaren en rødskift på 7,54, hvilket betyder, at det tog mere end 13 milliarder år for sit lys at nå os.
Som Xiaohui Fan fra University of Arizona's Steward Observatory (og en medforfatter til undersøgelsen) forklarede i en Carnegie-pressemeddelelse:
”Denne store afstand gør sådanne genstande ekstremt svage, når de ses fra Jorden. Tidlige kvasarer er også meget sjældne på himlen. Kun én kvasar var kendt for at eksistere ved en rødskift, der var større end syv før nu, på trods af omfattende søgning. ”
I betragtning af dens alder og masse var opdagelsen af denne kvasar ganske overraskelsen for studieteamet. Som Daniel Stern, en astrofysiker ved NASAs Jet Propulsion Laboratory og en medforfatter til studiet, indikerede i en NASA-pressemeddelelse: ”Dette sorte hul blev langt større, end vi forventede kun 690 millioner år efter Big Bang, som udfordrer vores teorier om, hvordan sorte huller dannes. ”
I det væsentlige eksisterede denne kvasar på et tidspunkt, hvor universet lige var begyndt at komme ud af, hvad kosmologer kalder ”mørke aldere”. I denne periode, der begyndte ca. 380.000 år til 150 millioner år efter Big Bang, interagerede de fleste fotoner i universet med elektroner og protoner. Som et resultat kan strålingen i denne periode ikke påvises af vores nuværende instrumenter - derav navnet.
Universet forblev i denne tilstand uden nogen lysende kilder, indtil tyngdekraften kondenseret stof til de første stjerner og galakser. Denne periode er kendt som ”Reinozation Epoch”, som varede fra 150 millioner til 1 milliard år efter Big Bang og var kendetegnet ved dannelse af de første stjerner, galakser og kvasarer. Det er såkaldt fordi energien frigivet af disse gamle galakser fik universets neutrale brint til at ophidses og ioniseres.
Når universet blev genoptaget, kunne fotoner rejse frit gennem rummet, og universet blev officielt gennemsigtigt for lys. Dette er hvad der gør opdagelsen af denne kvasar så interessant. Som teamet observerede, er meget af brintet, der omgiver det, neutralt, hvilket betyder, at det ikke kun er den fjerneste quasar, der nogensinde er observeret, men også det eneste eksempel på en kvasar, der eksisterede før universet blev genoptaget.
Med andre ord, J1342 + 0928 eksisterede i en større overgangsperiode for universet, som tilfældigvis er en af de nuværende grænser for astrofysik. Som om dette ikke var nok, blev teamet også forvirret af objektets masse. For at et sort hul er blevet så massivt i denne tidlige periode af universet, måtte der være særlige betingelser for at give mulighed for så hurtig vækst.
Hvad disse forhold er, forbliver imidlertid et mysterium. Uanset hvad tilfældet er, ser denne nyfundne SMBH ud til at forbruge stof i midten af en galakse med en forbløffende hastighed. Og selv om dens opdagelse har rejst mange spørgsmål, forventes det, at udbredelsen af fremtidige teleskoper vil afsløre mere om denne kvasar og dens kosmologiske periode. Som Stern sagde:
"Med flere næste generations endnu mere følsomme faciliteter, der i øjeblikket er ved at blive bygget, kan vi forvente mange spændende opdagelser i det meget tidlige univers i de kommende år."
Disse næste generations missioner inkluderer Det Europæiske Rumorganisations Euclid-mission og NASAs Wide-field Infrared Survey Telescope (WFIRST). Mens Euclid vil undersøge genstande, der var placeret 10 milliarder år tidligere, for at måle, hvor mørk energi påvirkede den kosmiske udvikling, vil WFIRST udføre vidfelt nær-infrarøde undersøgelser for at måle lyset fra en milliard galakser.
Begge missioner forventes at afsløre flere objekter som J1342 + 0928. For tiden forudsiger forskere, at der kun er 20 til 100 kvasarer så lyse og så fjerne som J1342 + 0928 på himlen. Som sådan var de mest tilfredse med denne opdagelse, som forventes at give os grundlæggende oplysninger om universet, da det kun var 5% af dets nuværende alder.
