Eiropas Kosmosa aģentūras kosmiskais teleskops “Euclid” atklājis 31 ārkārtīgi senu kvazāru — vienus no spožākajiem objektiem Visumā. Divi no tiem ir uzstādījuši jaunus rekordus kā līdz šim visagrāk novērotie kvazāri. Tie atradās jau Visuma pirmajos 670 miljonos gadu un izstaroja tik daudz gaismas, cik aptuveni triljons Sauļu.

Kvazāri ir galaktiku ārkārtīgi spoži centri, kuru enerģiju nodrošina supermasīvi melnie caurumi. Tie veidojas samērā īsā galaktikas attīstības posmā, kad milzīgs gāzes un citas matērijas daudzums spirālveidā ieplūst centrālā melnā cauruma virzienā. Šis process atbrīvo neparasti lielu enerģiju, liekot galaktikas kodolam spīdēt simtiem vai pat tūkstošiem reižu spožāk nekā pārējai galaktikai kopā.

Astronomi jau desmitgadēm meklē kvazārus, kas pastāvējuši Visuma agrīnākajos gados, jo tie sniedz būtiskas norādes par pirmo galaktiku un supermasīvo melno caurumu veidošanos. Šādu objektu atrašana ir sarežģīta: tajā laikā vēl bija maz galaktiku, kas būtu izaugušas pietiekami lielas, lai uzņemtu šādus objektus, bet to gaisma, kas līdz mums nonāk šodien, ir ārkārtīgi vāja. Turklāt tālie avoti var būt grūti atšķirami no daudz tuvākām zvaigznēm.

“Euclid” atklāj līdz šim apslēptu seno kvazāru populāciju

2023. gadā palaistais “Euclid” šo meklēšanu būtiski maina. Teleskops spēj pārskatīt milzīgus debess apgabalus un pamanīt ļoti vājus objektus. Līdz šim tas jau ļāvis izveidot nepieredzētu 31 agrīnā Visuma kvazāra kopumu, tostarp atrast objektus no laikmeta, kad kosmosam bija tikai 5% no pašreizējā vecuma.

“Šie agrīnie kvazāri datējami ar Visuma bērnību,” sacīja Leidenes Universitātes Nīderlandē pētnieks Daming Yang, kurš ir atklājuma pētījuma vadošais autors. “Atrodot un pētot tos, mēs varam labāk izprast, kā šādas milzīgas sistēmas izveidojās un tik ātri izauga — tas ir viens no lielākajiem astrofizikas noslēpumiem.”

Līdz šim astronomi bija identificējuši tikai nelielu daļu no kvazāriem, kas pastāvēja Visuma agrīnajā periodā. Lielākā daļa zināmo piemēru bija ārkārtīgi spoži objekti, kurus bija vieglāk pamanīt. Šāds ierobežots paraugs apgrūtināja plašākas populācijas izpēti un neļāva pilnvērtīgi saprast, kā šīs jaudīgās sistēmas attīstījās.

“Euclid” tagad atrod ne tikai spožākos kvazārus, bet arī daudz blāvākus objektus, kurus iepriekšējie meklējumi bieži nespēja atklāt. Tas zinātniekiem sniedz reprezentatīvāku priekšstatu par seno kvazāru populāciju un paver iespēju detalizētāk pētīt šos agrīnā kosmosa objektus.

“Euclid ir īsts spēles mainītājs,” norādīja Yang. “Iepriekš mēs varējām atrast tikai nedaudzus pašus spožākos senos kvazārus, bet ‘Euclid’ ļauj daudz efektīvāk meklēt milzīgos debess apgabalos un uztvert daudz blāvāku gaismu. Tas ir unikāls instruments kvazāru medībām.”

No 31 jaunatklātā kvazāra 12 ir sarkanā nobīde 7 vai lielāka. Sarkanā nobīde raksturo gaismas izstiepšanos, Visumam izplešoties, un palīdz astronomiem noteikt objekta attālumu, kā arī to, cik tālā pagātnē tā gaisma radusies. Sarkanā nobīde vismaz 7 nozīmē, ka šie kvazāri pastāvēja Visuma pirmajos 770 miljonos gadu.

Divi objekti izceļas īpaši. Senākajam — EUCL J172902.75+641018.1 — sarkanā nobīde ir 7,77, savukārt EUCL J125308.55+705432.3 tā ir 7,69. Abi atrodas nedaudz vairāk nekā 13 miljardu gaismas gadu attālumā no Zemes un jau spīdēja Visuma pirmajos 670 miljonos gadu.

Šie atklājumi nosaka jaunus rekordus senāko zināmo kvazāru vidū. Iepriekšējais rekords piederēja objektam, kas tika atklāts 2021. gadā un kura sarkanā nobīde bija 7,64.

“Šis atklājums vairāk nekā divkāršo to tik seno kvazāru skaitu, par kuriem mums ir zināms,” sacīja Antonio La Marca, ESA pētnieks “Euclid” komandā.

Atklājumu temps ir īpaši iespaidīgs. Astronomiem bija vajadzīgi vairāk nekā desmit gadi, lai identificētu aptuveni pirmos 10 kvazārus ar sarkano nobīdi 7 vai lielāku. “Euclid” šo skaitu pārsniedzis tikai viena gada laikā, parādot, cik strauji teleskops paātrina agrīnā Visuma izpēti.

“‘Euclid’ komanda pirmo reizi ir veikusi īstu kvazāru skaitīšanu Visuma rītausmā,” piebilda La Marca. “Tas ir nozīmīgs solis ceļā uz fundamentālāku izpratni par šiem aizraujošajiem objektiem.”

Senie melnie caurumi sniedz norādes par pirmajām galaktikām

Viens no jaunatklātajiem objektiem jau sniedz papildu informāciju par apstākļiem Visuma bērnībā. Silvia Belladitta un viņas kolēģi nesen detalizētāk izpētīja otro senāko kvazāru, ko identificēja Yang vadītā komanda.

Novērojumi parādīja, ka kvazārs atrodas galaktikā, kas ir piepildīta ar gāzi un putekļiem un kurā jaunas zvaigznes veidojas ārkārtīgi strauji. Tas sniedz svarīgu ieskatu vidē ap agrīnu supermasīvu melno caurumu un var palīdzēt pētniekiem saprast, kā pirmās masīvās galaktikas attīstījās līdztekus melnajiem caurumiem to centros.

Šie kvazāri pieder arī būtiskam kosmiskās vēstures posmam, ko dēvē par rejonizācijas laikmetu. Šajā periodā Visums izkļuva no aukstā un tumšā stāvokļa jeb tā dēvētajiem “tumšajiem laikmetiem”. Arvien enerģiskāks starojums sakarsēja apkārtējo gāzi un jonizēja to, proti, sadalīja atomus ar enerģētiskas gaismas palīdzību. Šī fundamentālā pāreja palīdzēja izveidot apstākļus, kas veidojuši šodien novērojamo Visumu.

“Senie kvazāri ir reti atklājumi. Tie ir interesanti paši par sevi, bet vienlaikus arī laika mašīnas, kas ļauj izpētīt agrīno Visumu un saprast, kā radās pirmā galaktiku paaudze,” sacīja ESA “Euclid” projekta zinātniece Valeria Pettorino.

Kā “Euclid” maina kosmisko milžu meklēšanu

“Euclid” panākumu pamatā ir vairāku iespēju kombinācija. Teleskops spēj pārskatīt milzīgus debess apgabalus, iegūt detalizētus attēlus un uztvert ārkārtīgi tālu objektu vājo infrasarkano starojumu. Šīs īpašības kopā padara to īpaši efektīvu retu avotu atrašanā — objektu, kurus iepriekšējie debesu pārskati varēja viegli nepamanīt.

“‘Euclid’ iespējas ir nepārspējamas. Teleskops apvieno lielu pārklājamo laukumu, dziļu novērojumu, asu attēlveidi un unikālu, no kosmosa veiktu infrasarkano novērošanu, tā ļaujot daudz efektīvāk nekā iepriekš izdalīt retus un ārkārtīgi tālus objektus.”

Šie atklājumi nebūtu iespējami tikai ar teleskopu vien. Datu apstrādē iesaistīti tūkstošiem “Euclid” konsorcija zinātnieku un inženieru, kuri strādā kopā, lai no milzīgām datu kopām atlasītu retus un tālus kvazārus. Pēc tam šos objektus iespējams detalizētāk pētīt ar uz Zemes izvietotiem teleskopiem.

Visi 31 kvazārs tika identificēts, izmantojot “Euclid” plašā debess pārskata novērojumus. Tas ir vērienīgs projekts, kura gaitā paredzēts izpētīt vairāk nekā trešdaļu no visa debess juma.

Lai gan “Euclid” galvenais uzdevums ir pētīt tā dēvēto tumšo Visumu, tā novērojumi atklāj daudz vairāk. Pētot miljardiem galaktiku, teleskops palīdz astronomiem izzināt Visuma sastāvu, vēsturi, attīstību un plašo kosmisko struktūru. Vienlaikus tā plašais pārskats atrod retus senus kvazārus, kas sniedz izcilu iespēju pētīt, kā radušās pirmās galaktikas un milzu melnie caurumi.

“Euclid” turpinot kartēt kosmosu, astronomi sagaida, ka augošā tālo kvazāru kolekcija sniegs jaunas norādes par vienu no astrofizikas ilgstošākajiem jautājumiem: kā supermasīvie melnie caurumi spēja kļūt tik milzīgi tik īsā laikā pēc Lielā sprādziena.