Kvazar iz prve milijarde godina svemira sadrži brzo rastuću crnu rupu procijenjene mase oko 1,1 milijarde Sunčevih masa, ali njegovu svjetlost prigušuje prašina. Astronomi su observacijama teleskopom James Webb i nizom radioteleskopa ALMA povezali podatke o toj aktivnoj jezgri s golemom zalihom prašine u okolnoj galaksiji.
Objekt J1440+0019 već je bio poznat iz pregleda neba SHELLQs, napravljenog teleskopom Subaru. Novo istraživanje sada povezuje podatke o njegovoj aktivnoj jezgri s podacima o plinu i prašini u galaksiji. Daming Yang s Leidenskog opservatorija i suradnici rezultate zasad predstavljaju u preprintu objavljenom 9. listopada na arXivu.
Takvi su objekti važni jer potraga za ranim kvazarima često ovisi o njihovoj snažnoj ultraljubičastoj svjetlosti. Zbog širenja svemira ona do nas stiže na duljim valnim duljinama, ali njezin izvorni sjaj i dalje određuje koliko će je teleskop lako zabilježiti. Prašina je može toliko prigušiti da aktivna crna rupa promakne pregledu neba.
Jezgra je vidljiva kroz prašinu
Kvazar je iznimno sjajna aktivna jezgra galaksije. Energija pritom ne dolazi iz same crne rupe, nego se oslobađa dok tvar pada prema njoj. U slučaju J1440+0019, spektrograf NIRSpec na teleskopu James Webb zabilježio je široke emisijske linije koje omogućuju proučavanje te jezgre.
Raspodjela svjetlosti u spektru najbolje odgovara izvoru pocrvenjenom prašinom. To ne znači da je jezgra potpuno skrivena: astronomi je promatraju izravno, ali kroz materijal koji joj prigušuje i mijenja svjetlost. Objekt pripada crvenim kvazarima tipa 1.
Tim je procijenio masu crne rupe iz širine emisijske linije magnezija i sjaja izvora, uz korekciju za učinak prašine. Vrijednost od oko 1,1 milijarde Sunčevih masa ima znatnu nesigurnost, osobito zbog kalibracije metode koja povezuje spektar s masom.
Procijenjena snaga zračenja izvora doseže oko 80 posto njegove Eddingtonove granice. Ta teorijska granica odgovara ravnoteži između tlaka izlaznog zračenja i gravitacijskog privlačenja plina. Dobiveni omjer upućuje na intenzivan dotok tvari, ali znatno ovisi o procjeni mase i korekciji sjaja zbog prašine. Nije dovoljno precizan da bi se utvrdilo zrači li izvor iznad te teorijske granice.
Stotine milijuna Sunčevih masa u prašini
ALMA je izmjerila zračenje prašine i posebno snažnu emisijsku liniju ioniziranog ugljika iz galaksije koja okružuje kvazar. Po sjaju te linije sustav se ubraja među najsjajnije poznate galaksije s kvazarima pri crvenom pomaku većem od šest. Za J1440+0019 izmjeren je crveni pomak od približno 6,55, što ga smješta u prvu milijardu godina kozmičke povijesti.
Uz usvojenu temperaturu prašine od 47 kelvina, odnosno oko minus 226 Celzijevih stupnjeva, njezina procijenjena masa iznosi oko 400 milijuna Sunčevih masa. Druga temperatura ili druga svojstva čestica promijenili bi izvedenu masu.
Infracrvena svjetlost može poslužiti i za procjenu nastanka zvijezda. Kad bi cijelo izmjereno zračenje potjecalo od prašine koju zagrijavaju zvijezde, odgovaralo bi nastanku oko 1.330 Sunčevih masa zvijezda godišnje. Autori to tretiraju kao gornju granicu jer prašinu može zagrijavati i kvazar.
Tragovi brzog otjecanja plina
U spektru jezgre pojavljuju se i tri skupine apsorpcijskih linija, tragova plina koji upija određene valne duljine svjetlosti. Pomaci tih linija upućuju na gibanje prema nama brzinama od približno 900 do 3.600 kilometara u sekundi u odnosu na galaksiju. Njihova svojstva podupiru tumačenje da ionizirani plin otječe iz područja jezgre.
Još nije poznato koliko je taj plin udaljen od crne rupe ni kakvu ulogu ima u zaklanjanju izvora. Dostupni podaci ALMA-e ne obuhvaćaju iste brzine, pa se njima ne može provjeriti postoji li odgovarajuće otjecanje hladnijeg plina.
Za osnovnu detekciju ugljika i prašine bilo je dovoljno samo 5,5 minuta promatranja ALMA-om. Takve kratke observacije mogle bi pomoći pri odabiru drugih kvazara čiju svjetlost prigušuje prašina za detaljnije spektroskopsko istraživanje. Veći uzorak potreban je da bi se utvrdilo koliko ranog rasta crnih rupa izmiče pregledima koji se oslanjaju na njihovu ultraljubičastu svjetlost.
