Najjaśniejszy obiekt we Wszechświecie. Czarna dziura pożera jedną masę Słońca dziennie

Czarne dziury to bardzo ciekawe obiekty, gdyż to w nich następuje załamanie się znanych nam praw fizyki, a rozpoczyna coś, czego jeszcze nie rozumiemy. Kiedyś czarną dziurę kojarzyliśmy wyłącznie z końcowym etapem istnienia masywnych gwiazd. W miarę postępu astronomii pojawiła się koncepcja pierwotnych czarnych dziur, które powstały na początku Wszechświata - mają stosunkowo niewielkie masy i samotnie przemierzają kosmos. Oprócz czarnych dziur o masach rzędu kilku mas Słońca, są też bardzo masywne czarne dziury, które znajdziemy w centrach większości galaktyk.

Od supermasywnej czarnej dziury do kwazara

Droga Mleczna jest posiadaczką centralnej supermasywnej czarnej dziury. Czasem towarzyszem czarnej dziury jest gwiazda, która jeszcze nie przebyła całej ścieżki ewolucji, ale dzięki grawitacji sąsiadki znacząco ją przyśpiesza. Czarne dziury mogą występować parami także we wspomnianych centrach galaktyk, co zwykle oznacza, że taka galaktyka powstała w wyniku złączenia się dwóch wcześniej oddzielnych obiektów. Być może taki los czeka nasza galaktykę i galaktykę w Andromedzie, choć to perspektywa wielu miliardów lat.

Kwazary są ważne dla astronomów z wielu powodów. Są niejako zaworami, które regulują tempo powstawania gwiazd we wczesnym wszechświecie. Są też źródłami światła, które pozwala badać materię znajdującą się pomiędzy kwazarem a obserwatorem.

Są w końcu supermasywne czarne dziury, które znajdziemy w centrach tak zwanych kwazarów. Kwazar to w uproszczeniu bardzo jasne centrum odległej galaktyki aktywnej (najbliższy znajduje się prawie 600 milionów lat świetlnych od nas). Promieniowanie opuszczające kwazar przewyższa resztę promieniowania galaktyki, czyniąc go znacznie jaśniejszym od niej. Masy najmasywniejszych czarnych dziur liczy się w miliardach mas Słońca. Nie oznacza to jednak, że najmasywniejsza jest również źródłem najjaśniejszego promieniowania (w praktyce za świecenie odpowiada nie sama czarna dziura, ale to co dzieje się w jej otoczeniu).

Rekordowy kwazar J0529-4351

Obiekt o symbolu J0529-4351 to obecnie najjaśniejsze ciało niebieskie, jakie istnieje w znanym nam Wszechświecie. Jego szacowana masa odpowiada 17 miliardom mas Słońca i wciąż rośnie w tempie odpowiadającym pożarciu jednego Słońca w ciągu dnia. To tempo również jest rekordowe. Poniżej wizualizacja obiektu.

Obejrzyj w

Dla porównania czarna dziura w centrum Drogi Mlecznej, utożsamiana z obiektem Sagittarius A* ma masę 4,3 miliona mas Słońca. Czarna dziura w J0529-4351 jest zatem prawie 4 tysiące razy masywniejsza. W porównaniu z masą naszej galaktyki wciąż masa tej czarnej dziury jest niewielka, ale intensywne procesy, jakie zachodzą podczas opadania materii na horyzont zdarzeń, generują blask odpowiadający 500 bilionom naszych Słońc.

Masa supermasywnej czarnej dziury w centrum J0529-4351 wynika z pomiaru rozmiaru dysku akrecyjnego (zawarta w nim materia spiralnie spada na czarną dziurę). Rozmiar dysku szacowany jest na 7 lat świetlnych. To 15 tysięcy razy więcej niż odległość Słońce-Neptun, która z kolei jest 30 razy większa niż dystans Słońce-Ziemia. To największy dysk akrecyjny, jaki znamy, i prawdopodobnie największy zwarty obiekt w poznanym Wszechświecie.

Jakim cudem tak długo nie dostrzeżono tak jasnego obiektu?

Kwazar znajduje się daleko, bo światło zostało z niego wyemitowane 12 miliardów lat temu, lecz wcale nie krył się przed obserwacjami. Dlatego, jak mówi jeden z odkrywców Christopher Onken z ANU (Australijski Uniwersytet Narodowy), „to zaskoczenie, że pozostawał on nieznany aż do dziś, gdy znamy około miliona znacznie mniej efektownych kwazarów. Dosłownie spoglądał się na nas”.

Kwazary wyglądają na niebie jak punktowe źródła światła. Obraz J0529-4351. (fot: ESO/Digitized Sky Survey 2/Dark Energy Survey)

Trudność związana z wykryciem J0529-4351 związana jest z charakterem techniki poszukiwania kwazarów. Ponieważ wymaga ona obserwacji szerokich połaci nieba przy bardzo dużym powiększeniu, a potem dokładnej analizy, wykorzystuje się tu nauczanie maszynowe. Niestety nie jest ono doskonałe, bo każdy odbiegający od przeciętnej obiekt jest dla algorytmu zaskoczeniem i może zostać odrzucony jako błędny pomiar. Kwazar z daleka na zdjęciu nie różni się bowiem znacząco od gwiazdy, dopiero późniejsze obserwacje spektroskopowe obiektu pozwalają poznać jego prawdziwą naturę. Tak było z odkryciem pierwszego kwazara w historii - 3C 273 w 1963 roku. Jego odkrywca, Maarten Schmidt, początkowo uznał go za bardzo jasną gwiazdę o blasku 12 magnitudo, ale poczerwienienie wskazywało na ogromną odległość.

J0529-4351 wykrył już teleskop kosmiczny ESA Gaia, ale wspomniany błąd poznawczy algorytmu doprowadził do odrzucenia detekcji. Dopiero obserwacje naziemne z pomocą 2,3-metrowego teleskopu w obserwatorium Siding Spring w Australii ponownie zwróciły uwagę astronomów.

Czy to może być pomyłka?

Kwazar J0529-4351 był obserwowany już od 2017 roku przez astronomów. Jego obserwowana jasność, która jak na tak odległy obiekt jest ogromna, wynosi około 16 magnitudo (niewiele mniej niż jasność Plutona). Zmiany jego blasku śledził system ATLAS, którego jednym z nadrzędnych zadań jest nie wykrywanie kwazarów, a śledzenie nieba w poszukiwaniu niebezpiecznych asteroid.

Co może być w obserwacjach J0529-4351 błędne? Choć nic na to nie wskazuje, nie ma bezwzględnej pewności, że nie jest to obiekt silnie soczewkowany. Słabe soczewkowanie zachodzi w całym kosmosie i nie wpłynęłoby znacząco na już uzyskane szacunki masy. Ale silne soczewkowanie może zaburzyć znacząco pomiary.

Południowe Obserwatorium Europejskie (ESO) przypomina obserwacje wykonane w 2019 r. przez teleskop Hubble dla kwazara J043947.08+163415.7. Wydawał się on 600 bilionów razy jaśniejszy niż Słońce, a więc jaśniejszy nawet od J0529-4351. Jednak docierające od tamtego kwazara światło było wzmocnione przez leżącą po drodze galaktykę. W rzeczywistości jasność J043947.08+163415.7 wynosi tylko 11 bilionów jasności Słońca, a masa związanej z tym kwazarem czarnej dziury „jedynie” 700 milionów mas Słońca.

Źródło: ESO, inf. własna