Objeven nejvzdálenější kvasar

ESO 022/11 tisková zpráva

Tým evropských astronomů použil dalekohled ESO/VLT a řadu dalších teleskopů k nalezení a podrobnému zkoumání dosud nejvzdálenějšího známého kvasaru. Tento kosmický maják, který rozsvěcuje černá díra o hmotnosti 2 miliard Sluncí, je zdaleka nejjasnějším objeveným objektem, který pochází z období raného vesmíru. Tyto výsledky byly zveřejněny 30. června 2011 v odborném časopise Nature.

„Tento kvasar je důležitým zdrojem informací o raném vesmíru. Jedná se o velmi vzácný objekt, který nám pomůže pochopit, jak probíhalo narůstání supermasivních černých děr jen několik set milionů let po velkém třesku,“ říká vedoucí týmu Stephen Warren.

Kvasary jsou velmi jasné vzdálené galaxie, u kterých se předpokládá, že jim energii dodává supermasivní černá díra ležící v jejich středu. Jejich jasnost z nich dělá kosmické majáky, které mohou pomoci výzkumu raného období vývoje vesmíru, kdy vznikaly první hvězdy a galaxie. Nalezený kvasar je dokonce tak daleko, že jeho světlo přináší informace o poslední fázi období reionizace vesmíru [1].

Právě objevený kvasar označovaný jako ULAS J1120+0641 [2] vidíme tak, jak vypadal 770 milionů let po velkém třesku. Jeho rudý posuv je 7,1 [3] a světlu trvalo 12,9 miliardy let, než doputovalo od něj až k nám.

Přestože již byla potvrzena existence ještě vzdálenějších objektů (jako například gama záblesku s rudým posuvem 8,2 – eso0917 či galaxie s rudým posuvem 8,6 – eso1041), nově nalezený kvasar je ve srovnání s nimi 100krát jasnější. A je tedy spolehlivě nejvzdálenějším objektem, který je dostatečně jasný pro podrobné studium.
 
Druhý nejvzdálenější dosud objevený kvasar má rudý posuv 6,4 a vidíme jej ve stavu, jak vypadal 870 milionů let po velkém třesku. Podobné a ještě vzdálenější objekty však nemohou být nalezeny přehlídkami oblohy ve viditelné oblasti spektra, neboť většina jejich světla – v důsledku protažení vlnové délky díky expanzi vesmíru – k nám přichází jako infračervené záření. Tento problém řeší evropský projekt UKIDSS (UKRIT Infrared Deep Sky Survey), který využívá speciální infračervený dalekohled postavený ve Velké Británii a provozovaný na Havaji [4]. Skupina astronomů, která s přístrojem pracuje, prohlédla miliony objektů z databáze UKIDSS, aby dlouho hledané vzdálené kvasary nalezla.

„Nalézt tento objekt nám trvalo pět let,“ vysvětluje Bram Venemans, jeden z autorů studie. „Hledali jsme kvasar s rudým posuvem větším než 6,5. Objev ještě vzdálenějšího, s rudým posuvem větším než 7, byl opravdovým překvapením. Tento kvasar nám nabízí unikátní příležitost pohlédnout hluboko do období reoinizace a zkoumat 100 milionů let trvající období historie vesmíru, které dosud nebylo v našem dosahu.“

Vzdálenost kvasaru byla určena na základě pozorování získaných pomocí spektrografu FORS2 na dalekohledu VLT a přístrojů teleskopu Gemini North [5]. Jelikož objekt je poměrně jasný, je možné pořídit jeho spektrum (rozložit jeho světlo na základní složky), což astronomům umožňuje získat o kvasaru mnoho informací.  

Například se ukázalo, že hmotnost černé díry v centru ULAS J1120+0641 je asi 2 miliardy Sluncí, což je v tak rané fázi vývoje vesmíru velmi obtížně vysvětlitelné. Současné teorie narůstání supermasivních černých děr popisují pomalé zvyšování hmotnosti kompaktního objektu v důsledku  postupného přitahování dalšího a dalšího materiálu z okolí. 
 
„Domníváme se, že na celé obloze existuje jen asi stovka kvasarů s rudým posuvem větším než 7,“ uzavírá  Daniel Mortlock, vedoucí autor článku. „Nalezení těchto objektů sice vyžaduje značné úsilí, ale za tu námahu to stojí, neboť nám to umožní odhalit řadu tajemství raného vesmíru.“

Zdroj

Poznámky

[1] Asi 300 000 let po velkém třesku (který nastal před 13,7 miliardami let) ochladl vesmír natolik, aby mohlo dojít ke spojení protonů a elektronů v neutrální atomy vodíku. Vesmír byl touto chladnou a temnou hmotou prostoupen až do počátku formování prvních hvězd, k čemuž došlo o dalších 100 až 150 milionů let později. Intenzivní ultrafialové záření mladých hvězd začalo pomalu opět rozdělovat vodík na protony a elektrony. Tomuto procesu říkáme reionizace a vesmír se díky němu stal pro ultrafialové záření průhlednějším. Předpokládá se, že éra reionizace nastala 150 až 800 milionů let po velkém třesku.        

[2] Objekt byl nalezen v datech přehlídky UKIDSS Large Area Survey (ULAS). Číselný kód za písmenem 'J' označuje polohu objektu na obloze.

[3] Jelikož se světlo pohybuje konečnou rychlostí, proto kdykoliv se astronomové dívají daleko do vesmíru, dívají se také zpět v čase. Světlu z kvasaru ULAS J1120+0641 trvalo 12,9 miliardy let, než doputovalo do optiky pozemského dalekohledu, takže kvasar vidíme tak, jak vypadal, když byl jen asi 770 milionů let starý. Za dobu 12,9 miliardy let však vesmír expandoval a vlnová délka světla se tím prodloužila. Kosmologický rudý posuv je tedy mírou celkového rozepnutí vesmíru v období od okamžiku emise záření do jeho zaznamenání.   

[4] UKIRT je zkratkou celého názvu dalekohledu United Kingdom Infrared Telescope (Infračervený dalekohled Spojeného království). Dalekohled je majetkem UK’s Science and Technology Facilities Council a je provozován Joint Astronomy Centre (Hilo, Hawaii).

[5] FORS2 je zkratkou názvu přístroje používaného ve spojení s dalekohledem VLT – VLT’s FOcal Reducer and low dispersion Spectrograph (Reduktor ohniska a nízkodisperzní spektrograf pro VLT). Dalšími použitými přístroji byly GMOS (Gemini Multi-Object Spectrograph, Multiobjektový spektrograf dalekohledu Gemini) a GNIRS (Gemini Near-Infrared Spectrograph, Spektrograf pro blízkou infračervenou oblast). Při potvrzování měření provedených v rámci přehlídky bylo použito také dalekohledů Liverpool Telescope, Isaac Newton Telescope a UK Infrared Telescope (UKIRT).

Další informace

Výzkum byl prezentován v článku uveřejněném v odborném časopise Nature dne 30. června 2011.

Složení týmu: Daniel J. Mortlock (Imperial College London [Imperial], UK), Stephen J. Warren (Imperial), Bram P. Venemans (ESO, Garching, Německo), Mitesh Patel (Imperial), Paul C. Hewett (Institute of Astronomy [IoA], Cambridge, UK), Richard G. McMahon (IoA), Chris Simpson (Liverpool John Moores University, UK), Tom Theuns (Institute for Computational Cosmology, Durham, UK a University of Antwerp, Belgie), Eduardo A. Gonzáles-Solares (IoA), Andy Adamson (Joint Astronomy Centre, Hilo, USA), Simon Dye (Centre for Astronomy and Particle Theory, Nottingham, UK), Nigel C. Hambly (Institute for Astronomy, Edinburgh, UK), Paul Hirst (Gemini Observatory, Hilo, USA), Mike J. Irwin (IoA), Ernst Kuiper (Leiden Observatory, Holandsko), Andy Lawrence (Institute for Astronomy, Edinburgh, UK), Huub J. A. Röttgering (Leiden Observatory, Holandsko).

ESO (Evropská jižní observatoř) je hlavní mezinárodní astronomickou organizací Evropy a patří k nejproduktivnějším astronomickým observatořím světa. Je podporována 15 členskými státy, kterými jsou: Belgie, Brazílie, Česká republika, Dánsko, Finsko, Francie, Itálie, Německo, Nizozemí, Portugalsko, Rakousko, Španělsko, Švédsko, Švýcarsko a Velká Británie. ESO má za cíl vývoj, konstrukci a provoz výkonných pozemních astronomických zařízení, která umožní významné vědecké objevy. ESO také hraje přední roli při propagaci a organizaci mezinárodní spolupráce na poli astronomického výzkumu. ESO v současnosti provozuje tři observatoře světově úrovně: La Silla, Paranal a Chajnantor, které se nacházejí na poušti Atacama v Chile. Na Paranalu se nachází VLT (Very Large Telescope = Velmi velký dalekohled) – nejvyspělejší pozemní dalekohled pracující ve viditelném světle a VISTA, největší přehlídkový dalekohled pro infračervenou oblast na světě. Zároveň je ESO evropským zástupcem největšího astronomického projektu všech dob – teleskopu ALMA budovaného na planině Chajnantor. V současnosti ESO plánuje výstavbu Evropského extrémně velkého dalekohledu (E-ELT), který bude mít průměr primárního zrcadla 39,3 metrů. Měl by pracovat v infračerveném i viditelném oboru záření a stane se největším dalekohledem světa.

Odkazy

• odborný článek
• snímky dalekohledu VLT

Kontakty

Daniel Mortlock; Astrophysics Group, Blackett Laboratory, Imperial College London; London, United Kingdom; Tel: +44 20 7594 7878; Email: d.mortlock@imperial.ac.uk

Bram Venemans; ESO Astronomer; Garching bei München, Germany; Tel: +49 89 3200 6631; Email: bveneman@eso.org

Richard Hook; ESO, La Silla, Paranal, E-ELT and Survey Telescopes Public Information Officer; Garching bei München, Germany; Tel: +49 89 3200 6655; Email: rhook@eso.org

Překlad: Jiří Srba
Národní kontakt: Viktor Votruba +420 267 103 040; votruba@physics.muni.cz

autor: Jiří Srba