NASA: s Chandra röntgenobservatorium har fått definitiva bevis på att en avlägsen kvasar som bildades mindre än en miljard år efter Big Bang innehåller ett fullvuxet supermassivt svart hål som genererar energi med en hastighet av tjugo biljoner solar. Förekomsten av sådana massiva svarta hål vid denna tidiga epok av universum utmanar teorier om bildandet av galaxer och supermassiva svarta hål.
Astronomer Daniel Schwartz och Shanil Virani från Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics i Cambridge, MA, observerade kvasaren, känd som SDSSp J1306, som ligger 12,7 miljarder ljusår bort. Eftersom universum beräknas vara 13,7 miljarder år gammalt ser vi kvasaren som den var en miljard år efter Big Bang. De fann att fördelningen av röntgenstrålar med energi, eller röntgenspektrum, inte kan skiljas från den i närheten av äldre kvasarer. Likaså var den relativa ljusstyrkan vid optiska vågor och röntgenvåglängder för SDSSp J1306 lik den hos den närliggande gruppen av kvasarer. Optiska observationer antyder att det svarta hålets massa är ungefär en miljard solmassor.
Bevis på ytterligare ett supermassivt svarthål i tidig epok publicerades tidigare av ett team av forskare från California Institute of Technology och Storbritannien med XMM-Newton X-ray satellit. De observerade kvasaren SDSSp J1030 på ett avstånd av 12,8 miljarder ljusår och fann väsentligen samma resultat för röntgenspektrumet som de Smithsonian forskarna fann för SDSSp J1306. Chandras exakta placering och spektrum för SDSSp J1306 med nästan samma egenskaper eliminerar alla kvarstående osäkerhet om att äldre supermassiva svarta hål finns.
"Dessa två resultat tycks indikera att det sätt på vilket supermassiva svarta hål producerar röntgenstrålar har förblivit väsentligen detsamma från ett mycket tidigt datum i universum," sa Schwartz. "Detta innebär att den centrala svarthålsmotorn i en massiv galax bildades strax efter Big Bang."
Det finns en allmän överenskommelse bland astronomer om att X-strålning från närheten av supermassiva svarta hål produceras när gas dras mot ett svart hål och värms upp till temperaturer som sträcker sig från miljoner till miljarder grader. Det mesta av den infalling gasen är koncentrerad i en snabbt roterande skiva, vars inre del har en varm atmosfär eller korona där temperaturen kan klättra upp till miljarder grader.
Även om den exakta geometrien och detaljerna i röntgenproduktionen inte är känd, har observationer av många kvasarer eller supermassiva svarta hål visat att många av dem har mycket liknande röntgenspektra, särskilt vid höga röntgenenergier. Detta antyder att den grundläggande geometri och mekanism är desamma för dessa objekt.
Den anmärkningsvärda likheten i röntgen-spektra för de unga supermassiva svarta hålen med de hos mycket äldre innebär att de supermassiva svarta hålen och deras ackretionsskivor redan fanns på plats mindre än en miljard år efter Big Bang. En möjlighet är att miljoner 100 svarta hål i solmassa bildades från kollaps av massiva stjärnor i den unga galaxen och sedan byggde upp ett svart hål i solmassan i centrum av galaxen genom sammanslagningar och gasuttag.
För att besvara frågan om hur och när supermassiva svarta hål bildades planerar astronomer att använda de mycket djupa Chandra-exponeringarna och andra undersökningar för att identifiera och studera kvasarer vid ännu tidigare åldrar.
Uppsatsen av Schwartz och Virani på SDSSp J1306 publicerades 1 november 2004 i The Astrophysical Journal. Uppsatsen av Duncan Farrah och kollegor på SDSS J1030 publicerades i 10 augusti 2004-numret av The Astrophysical Journal.
Chandra observerade J1306 med sitt Advanced CCD Imaging Spectrometer (ACIS) instrument under cirka 33 timmar i november 2003. NASA: s Marshall Space Flight Center, Huntsville, Ala., Hanterar Chandra-programmet för NASA: s Office of Space Science, Washington. Northrop Grumman från Redondo Beach, Kalifornien, tidigare TRW, Inc., var den främsta utvecklingsentreprenören för observatoriet. Smithsonian Astrophysical Observatory kontrollerar vetenskap och flygoperationer från Chandra X-ray Center i Cambridge, Mass.
Ytterligare information och bilder finns på:
http://chandra.harvard.edu och http://chandra.nasa.gov
Originalkälla: Chandra News Release
