Astronomi su otkrili prvi dokaz postojanja supermasivnih crnih rupa zaklonjenih oblacima prašine u ranom svemiru, manje od milijardu godina nakon Velikog praska. Riječ je o kvazarima koji su dosad izbjegavali detekciju zbog toga što njihovo zračenje nije moglo probiti gustu prašinu u galaksijama. Novo otkriće pokazuje da su sjajni kvazari u to doba bili najmanje dvostruko češći nego što se ranije mislilo.
Danas, 13,8 milijardi godina nakon Velikog praska, znamo da gotovo sve galaksije u svojim središtima imaju supermasivne crne rupe čije mase premašuju milijune ili milijarde masa Sunca. Najčešće miruju, ali kada privlače okolnu materiju, oslobađaju ogromne količine energije i postaju kvazari – izuzetno sjajni objekti vidljivi i na golemim kozmičkim udaljenostima.
Kvazari imaju ključnu ulogu u razvoju galaksija. Njihovo snažno zračenje i čestice koje izbacuju mogu očistiti galaksiju od plina, usporavajući nastanak novih zvijezda. Kako galaksije oblikuju vidljivi svemir, razumijevanje rasta i utjecaja supermasivnih crnih rupa presudno je za spoznaju kako je svemir dobio današnji oblik.
Unatoč tome, i dalje postoji temeljna nepoznanica: kako su uopće nastale prve supermasivne crne rupe? Brojne su otkrivene već u epohi poznatoj kao Kozmička zora – razdoblju kada je svemir bio mlađi od milijardu godina. To znači da su njihovi začetci morali nastati još ranije, a potraga za kvazarima tog doba postala je jedno od najvažnijih pitanja moderne kozmologije.
Kozmička zora i potraga za kvazarima
Jedan od ključnih tragova pri istraživanju nastanka crnih rupa jest njihova brojnost – koliko ih se pojavilo u određenom volumenu svemira. Ako je broj visok, to upućuje da su nastajale relativno često i možda kao ostaci prvih generacija zvijezda. Ako je pak broj nizak, moguće je da su nastale u posebnim uvjetima, primjerice kolapsom masivnih oblaka plina.
Aktivne crne rupe koje djeluju kao kvazari toliko su sjajne da se mogu otkriti i na udaljenostima koje pripadaju najranijim epohama svemira. Njihova prisutnost potvrđuje se širokim emisijskim linijama u spektru svjetlosti – karakterističnim tragovima koje stvara plin što velikim brzinama kruži oko središnje crne rupe.
Do sada su istraživačke skupine iz SAD-a i Europe ovim metodama otkrile više od 200 kvazara u takozvanoj Kozmičkoj zori. No ta potraga imala je ograničenja: kvazari su prepoznavani prema ultraljubičastom svjetlu koje emitiraju, a koje do nas stiže kao vidljiva svjetlost. Problem je u tome što prašina u galaksijama lako apsorbira ultraljubičasto zračenje, pa su mnogi kvazari vjerojatno ostali skriveni.
Subaru i James Webb u akciji
Tim japanskih i međunarodnih znanstvenika usredotočio se na najsjajnije galaksije otkrivene u širokokutnom pregledu pomoću kamere Hyper Suprime-Cam na teleskopu Subaru (HSC-SSP). Te galaksije su već više od desetljeća izazivale sumnju da skrivaju kvazare, ali nedostatak širokih emisijskih linija sprječavao je potvrdu.
Prava revolucija dogodila se lansiranjem Svemirskog teleskopa James Webb (JWST). Njegovi infracrveni instrumenti, poput spektrografa NIRSpec, mogu detektirati svjetlost koja je iz ultraljubičastog pomaknuta u infracrveni dio spektra. To omogućuje promatranje kroz oblake prašine koji blokiraju ranije metode detekcije.
Između srpnja 2023. i listopada 2024. JWST je promatrao 11 najsjajnijih galaksija koje je identificirao Subaru. Rezultat je bio jasan: u sedam slučajeva zabilježene su široke emisijske linije, nepobitan znak postojanja kvazara. Time su po prvi put otkriveni prašnjavi kvazari iz doba Kozmičke zore.
Koliko su česti prašnjavi kvazari?
Detaljna analiza spektra pokazala je da ti kvazari zrače energiju ekvivalentnu nekoliko bilijuna Sunaca i da ih napajaju crne rupe mase od nekoliko milijardi Sunaca. Te vrijednosti usporedive su s običnim, neskrivenim kvazarima već poznatim iz ranog svemira.
Prašina u tim galaksijama apsorbira oko 70 posto vidljive svjetlosti i gotovo 99,9 posto ultraljubičastog zračenja. Zbog toga nisu bili vidljivi u ranijim istraživanjima.
Kombinacijom novih podataka, istraživači su zaključili da su ovi “prašnjavi” kvazari barem jednako brojni kao i ranije poznati. To znači da je stvarni broj sjajnih kvazara u ranom svemiru najmanje dvostruko veći od dosadašnjih procjena.
Voditelj istraživanja dr. Yoshiki Matsuoka sa Sveučilišta Ehime izjavio je: Ovo otkriće bilo je moguće samo zahvaljujući jedinstvenoj kombinaciji dvaju teleskopa. Subaru je omogućio da identificiramo rijetke sjajne galaksije, a James Webb otkrio je infracrveno svjetlo skrivenih kvazara. Pokazali smo koliko je učinkovit pristup ‘otkrij sa Subarujem, istraži s Webbom’.“
Pogled prema budućnosti
Tim sada planira istraživati u dva smjera. Prvi je detaljna analiza fizičkih uvjeta oko otkrivenih crnih rupa kako bi se utvrdilo razlikuju li se od konvencionalnih kvazara. Spektri James Webba sadrže tragove različitih elemenata koji otkrivaju uvjete u njihovoj okolini, a dodatna opažanja radioteleskopom ALMA trebala bi razjasniti stanje u galaksijama domaćinima.
Drugi smjer istraživanja uključuje širenje potrage na širu populaciju galaksija, uključujući i one slabijeg sjaja. Cilj je otkriti potpunu populaciju supermasivnih crnih rupa u ranom svemiru. Novi program opažanja pomoću JWST-a već je odobren, a promatranja bi trebala započeti početkom iduće godine.
Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.
