Nova studija objavljena u Nature Astronomi opisuje najsjajniji objekat koji su astronomi ikada posmatrali. To je crna rupa sa masom od 17 milijardi Sunaca, koja svaki dan guta veću količinu mase od Sunca.
Za njega se zna već nekoliko decenija, ali pošto je tako sjajno, astronomi su pretpostavili da se radi o obližnjoj zvezdi. Tek nedavna zapažanja otkrila su njegovu ekstremnu udaljenost i sjaj.
Objekat je nazvan J0529-4351. Ovo ime se jednostavno odnosi na njegove koordinate na nebeskoj sferi – način projektovanja objekata na nebu na unutrašnjost sfere. To je vrsta objekta koji se zove kvazar.
Fizička priroda kvazara u početku je bila nepoznata. Ali 1963. godine, vidljiva svetlost kvazara zvanog 3C 273 je podeljena na sve svoje talasne dužine (poznate kao njegov spektar). Ovo je pokazalo da se nalazi na udaljenosti od skoro 2 milijarde svetlosnih godina.
S obzirom na to koliko nam izgleda svetao 3C 273 i koliko je udaljen, on mora biti izuzetno svetao – termin u astronomiji koji se odnosi na količinu svetlosti koju emituje objekat u jedinici vremena. Jedini poznati izvor energije za tako ekstremnu svetlost bio je pad materijala u supermasivnu crnu rupu. Kvazari su stoga najaktivnije rastuće crne rupe u svemiru.
Supermasivne crne rupe često se nalaze u centrima galaksija. Kao i kod svih kvazara, J0529-4351 se napaja materijalom, uglavnom pregrejanim gasom vodonika i helijuma, koji pada u njegovu crnu rupu iz okolne galaksije.
Otprilike jedan puta sunčeva masa pada u ovu crnu rupu svakog dana. Kako se tačno toliko gasa može kanalisati u centar galaksija da bi se povećala masa crnih rupa je pitanje bez odgovora u astrofizici.
U centru galaksije, gas se formira u obliku tankog diska. Svojstva viskoziteta (otpor na protok materije u svemiru) i trenja u tankom disku pomažu da se gas zagreje na desetine hiljada stepeni Celzijusa. Ovo je dovoljno vruće da sija kada se posmatra na ultraljubičastim i talasnim dužinama vidljive svetlosti. To je taj sjaj koji možemo posmatrati sa Zemlje.
Sa oko 17 milijardi Sunca u masi, J0529-4351 nije najmasovnija poznata crna rupa. Jedan objekat, u centru galaktičkog jata Abel 1201, ekvivalentan je 30 milijardi Sunaca. Međutim, moramo imati na umu da zbog vremena koje je potrebno svetlosti da pređe ogromnu udaljenost između ovog objekta i Zemlje, svedoci smo tome kada je univerzum bio star samo 1,5 milijardi godina. Sada je star oko 13,7 milijardi godina.
Dakle, ova crna rupa mora da je rasla, ili se uvećavala, ovom brzinom tokom značajnog dela starosti univerzuma do trenutka kada je primećena. Autori veruju da se akrecija gasa kod crne rupe dešava blizu granice koju postavljaju zakoni fizike. Brže akrecija izaziva svetliji disk gasa oko crne rupe, što zauzvrat može zaustaviti pad materijala.
Za J0529-4351 se zna decenijama, ali uprkos tome što ima akrecioni disk gasa 15.000 puta veći od našeg Sunčevog sistema i zauzima sopstvenu galaksiju — koja je verovatno blizu veličine Mlečnog puta — toliko je daleko, pojavljuje se kao jedna svetlosna tačka u našim teleskopima.
To znači da je teško razlikovati od milijardi zvezda u našoj galaksiji. Da bi se otkrilo da je to u stvari udaljena, moćna, supermasivna crna rupa, bile su potrebne neke složenije tehnike. Prvo, astronomi su prikupili svetlost iz sredine infracrvenog talasnog opsega (svetlost sa mnogo dužim talasnim dužinama od onih koje možemo da vidimo).
Zvezde i kvazari izgledaju prilično različito jedni od drugih na tim talasnim dužinama. Da bi se potvrdilo zapažanje, uzet je spektar (slično kao sa kvazarom 3C 273), koristeći teleskop Australijskog nacionalnog univerziteta od 2,3 metra u opservatoriji Siding Spring, Novi Južni Vels.
I, kao i kod 3C 273, spektar je otkrio i prirodu objekta i koliko je udaljen – 12 milijardi svetlosnih godina. Ovo je naglasilo koliko mora biti ekstreman njegov sjaj.
Uprkos ovim merenjima, bilo je potrebno izvršiti brojne provere da bi se potvrdila prava svetlost kvazara. Prvo, astronomi su morali da se uvere da svetlost nije bila uvećana izvorom na nebu koji je bio bliži Zemlji. Slično kao sočiva koja se koriste u naočarima ili dvogledima, galaksije mogu delovati kao sočiva. Oni su toliko gusti da se mogu saviti i uvećati svetlost udaljenijih izvora koji su savršeno poravnati iza njih.
Podaci sa satelita Gaia Evropske svemirske agencije, koji ima izuzetno precizna merenja položaja J0529-4351, korišćeni su da se utvrdi da je J0529-4351 zaista jedan izvor svetlosti bez sočiva na nebu. Ovo je potkrijepljeno detaljnijim spektrima snimljenim sa veoma velikog teleskopa (VLT) Evropske južne opservatorije u Čileu.
J0529-4351 će verovatno postati veoma značajan alat za buduće proučavanje kvazara i rasta crnih rupa. Masa crnih rupa je osnovno svojstvo, ali je veoma teško direktno izmeriti, jer ne postoji standardni set vaga za tako apsurdno velike, misteriozne objekte.
Jedna od tehnika je da se izmeri efekat koji crna rupa ima na difuzniji gas koji kruži oko nje u velikim oblacima, nazvanim „region široke linije“. Ovaj gas se otkriva u spektru kroz široke „emisione linije“, koje su uzrokovane skakanjem elektrona između specifičnih energetskih nivoa u jonizovanom gasu.
Širina ovih linija je direktno povezana sa masom crne rupe, ali je kalibracija ovog odnosa veoma slabo testirana za najsjajnije objekte kao što je J0529-4351. Međutim, pošto je tako fizički veliki i tako svetao, J0529-4351 će biti vidljiv pomoću novog instrumenta koji se instalira na VLT, nazvan Graviti+.
Ovaj instrument će dati direktno merenje mase crne rupe i kalibrisati odnose koji se koriste za procenu masa u drugim objektima velike svetlosti.
