Poznato je da danas u svemiru prevladavaju supermasivne crne rupe (SMBH) — crne rupe čija je masa milion puta veća od Sunčeve. Međutim, još nije jasno kada, gde i kako su nastali tokom 13,8 milijardi godina kosmičke istorije.
Posmatranja u poslednjih nekoliko decenija otkrila su da svaka galaksija ima SMBH u centru i da je masa crne rupe skoro uvek hiljaditi deo mase galaksije domaćina. Ova bliska veza implicira da su galaksije i SMBH zajedno evoluirali. Otkrivanje porekla SMBH je stoga ključno ne samo za razumevanje samih SMBH, već i za razjašnjavanje procesa formiranja galaksija, glavnih sastojaka vidljivog univerzuma.
Ključ za rešavanje ovog pitanja leži u ranom univerzumu, gde je vreme proteklo od Velikog praska (tj. početka univerzuma) bilo manje od milijardu godina. Zahvaljujući konačnoj brzini svetlosti, možemo se osvrnuti na prošlost posmatrajući daleki univerzum. Da li su SMBH već postojale kada je univerzum bio star samo milijardu godina ili manje? Da li je moguće da crna rupa za tako kratko vreme dobije tako veliku masu (koja premašuje milion solarnih masa i ponekad dostiže milijarde solarnih masa)? Ako jeste, koji su osnovni fizički mehanizmi i uslovi?
Da bismo se približili poreklu SMBH, moramo ih posmatrati i uporediti njihova svojstva sa predviđanjima iz teorijskih modela. A da bismo to uradili, prvo treba da pronađemo gde se oni nalaze na nebu.
Koristili smo Subaru teleskop na vrhu Maunakee, Havaji, za ovu studiju. Jedna od najvećih prednosti Subarua je njegova sposobnost posmatranja širokog polja, što je posebno pogodno za našu svrhu. Pošto SMBH ne emituju svetlost, tražili smo posebnu klasu zvanu „kvazari“—SMBH sa sjajnim rubovima gde materijal koji pada oslobađa gravitacionu energiju.
Posmatrali smo široku oblast neba koja je ekvivalentna 5.000 puta višem od punog meseca i uspešno otkrili 162 kvazara koji žive u ranom univerzumu. Konkretno, njih 22 živelo je u eri kada je univerzum bio star manje od 800 miliona godina – najstariji period u kome su kvazari do danas prepoznati.
Veliki broj kvazara koje smo otkrili omogućio nam je da odredimo najosnovniju meru nazvanu „funkcija sjaja“, koja opisuje prostornu gustinu kvazara kao funkciju energije zračenja. Otkrili smo da su se kvazari formirali veoma brzo u ranom univerzumu, dok je ukupan oblik funkcije osvetljenja (osim amplitude) ostao nepromenjen tokom vremena.
Ovo karakteristično ponašanje funkcije osvetljenja pruža snažna ograničenja na teorijske modele, koji bi na kraju mogli da reprodukuju sve opservable i opisuju poreklo SMBH. Naša studija je objavljena u The Astrophisical Journal Letters.
S druge strane, poznato je da je univerzum doživeo veliku faznu tranziciju nazvanu „kosmička rejonizacija“ u svojoj ranoj fazi. Prethodna zapažanja sugerišu da je ceo međugalaktički prostor bio jonizovan u ovom događaju. O izvoru jonizacione energije se još uvek raspravlja, a zračenje kvazara se smatra kandidatom koji obećava.
Integracijom gornje funkcije osvetljenja, otkrili smo da kvazari emituju 10 28 fotona u sekundi u jediničnoj zapremini od 1 svetlosne godine na jednoj strani u ranom univerzumu. Ovo je manje od 1% fotona potrebnih za održavanje jonizovanog stanja međugalaktičkog prostora u to vreme, i time ukazuje da su kvazari dali samo mali doprinos kosmičkoj rejonizaciji. Drugi izvori energije su kritično potrebni, što, prema drugim nedavnim zapažanjima, može biti integrisano zračenje masivnih vrućih zvezda u formiranju galaksija.
