Astronomowie wykorzystali Obserwatorium Rentgenowskie Chandra do odkrycia dżetu z bardzo odległej supermasywnej czarnej dziury. Dżet został oświetlony przez najstarsze promieniowanie we Wszechświecie. Odkrycie to wskazuje, że czarne dziury charakteryzujące się silnymi dżetami mogły być bardziej powszechne w pierwszych kilku miliardach lat po Wielkim Wybuchu niż wcześniej uważano.
Promieniowanie wykryte w tym dżecie zostało wyemitowane gdy Wszechświat miał zaledwie 2,7 miliardy lat, zaledwie 1/5 swojego obecnego wieku. W tym czasie intensywność kosmicznego mikrofalowego promieniowania tła (CMB – cosmic microwave background) była znacznie większa niż teraz.
Długość dżetu odkrytego w układzie B3 0727+409 wynosi co najmniej 300 000 lat świetlnych. W pobliskim wszechświecie udało się wykryć sporo takich długich dżetów wyemitowanych prze supermasywne czarne dziury, jednak jak dotąd nie ustalono w jakim procesie dżety emitują promieniowanie rentgenowskie. W przypadku B3 0727+409 wydaje się, że to właśnie CMB ulega energetyzacji do zakresu rentgenowskiego.
„Ponieważ widzimy ten dżet w czasach kiedy Wszechświat miał mniej niż trzy miliardy lat, dżet jest około 150 razy jaśniejszy w zakresie rentgenowskim niż byłby w pobliskim wszechświecie,” powiedziała Aurora Simionescu z JAXA Institute of Space and Astronautical Studies (ISAS), która kierowała badaniami.
Z uwagi na to, że elektrony w tych dżetach lecą od czarnej dziury z prędkością bliską prędkości światła, poruszają się one przez morze promieniowania CMB i zderzają się z fotonami w zakresie mikrofalowym podnosząc ich energię do zakresu rentgenowskiego, który możemy wykryć za pomocą Chandry. To wskazuje, że elektrony w dżecie B3 0727+409 muszą poruszać się z prędkością bliską prędkości światła przez setki tysięcy lat świetlnych.
Elektrony znajdujące się w dżetach emitowanych przez czarne dziury zazwyczaj bardzo silnie emitują w zakresie radiowym, dlatego tego typu systemy zazwyczaj znajdowane są w ramach obserwacji radiowych. Odkrycie dżetu w B3 0727+409 to wydarzenie szczególne ponieważ ten obiekt praktycznie wcale nie wykazuje emisji w zakresie radiowym, a wyraźnie zauważalny jest w zakresie rentgenowskim.
„Prawdę mówiąc natknęliśmy się na ten dżet, bo akurat znalazł się w polu widzenia Chandry gdy obserwowaliśmy coś zupełnie innego,” mówi Łukasz Stawarz z Uniwersytetu Jagiellońskiego.
Naukowcy jak dotąd zidentyfikowali niewiele dżetów na tyle odległych, żeby ich jasność w zakresie rentgenowskim była tak wzmocniona przez CMB jak w przypadku B3 0727+409. Jednak Stawarz dodaje „jeżeli jasne dżety rentgenowskie mogą istnieć przy bardzo słabym lub niewykrywalnym promieniowaniu w zakresie radiowym, może ich być znacznie więcej, bo nawet ich nie szukaliśmy.”
„Aktywność supermasywnych czarnych dziur, w tym emisja dżetów, mogła być inna we wczesnym Wszechświecie, niż na dalszych etapach ewolucji Wszechświata,” mówi współautor badań Teddy Cheung z Naval Research Laboratory w Waszyngtonie. „Znajdując i odkrywając więcej tego typu odległych dżetów możemy zacząć rozumieć w jaki sposób przez miliardy lat mogły się zmieniać właściwości supermasywnych czarnych dziur.”
Wyniki prac zostały opublikowane 1 stycznia 2016 roku w periodyku Astrophysical Journal Letters i dostępne są online.
Źródło: NASA