NASA:s Fermi Gamma-ray rymdteleskop har identifierat de längsta gammastrålningsblazarerna, en typ av galax vars intensiva utsläpp drivs av överdimensionerade svarta hål. Ljus från det mest avlägsna föremålet började sin resa till oss när universum var 1,4 miljarder år gammalt, eller nästan 10 procent av sin nuvarande ålder.

"Trots deras ungdom, dessa långsträckta blazarer är värd för några av de mest massiva svarta hålen som är kända, " sa Roopesh Ojha, en astronom vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. "Att de utvecklades så tidigt i den kosmiska historien utmanar nuvarande idéer om hur supermassiva svarta hål bildas och växer, och vi vill hitta fler av dessa objekt för att hjälpa oss att bättre förstå processen."

Ojha presenterade resultaten på måndag, 30 januari, vid American Physical Society möte i Washington, och ett papper som beskriver resultaten har skickats till The Astrofysiska tidskriftsbrev .

Blazarer utgör ungefär hälften av de gammastrålkällor som upptäckts av Fermis Large Area Telescope (LAT). Astronomer tror att deras höga energiutsläpp drivs av materia som värms upp och rivs sönder när den faller från ett lager, eller tillväxt, skiva mot ett supermassivt svart hål med en miljon eller fler gånger solens massa. En liten del av detta infallande material omdirigeras till ett par partikelstrålar, som spränger utåt i motsatta riktningar med nästan ljusets hastighet. Blazarer verkar ljusa i alla former av ljus, inklusive gammastrålar, ljuset med högsta energi, när ett av jetplanen råkar peka nästan direkt mot oss.

Tidigare, de mest avlägsna blazarerna som upptäcktes av Fermi avgav sitt ljus när universum var cirka 2,1 miljarder år gammalt. Tidigare observationer visade att de mest avlägsna blazarerna producerar det mesta av sitt ljus med energier precis mellan räckvidden som detekteras av LAT och nuvarande röntgensatelliter, vilket gjorde det extremt svårt att hitta dem.

Sedan, under 2015, Fermi-teamet släppte en fullständig omarbetning av alla LAT-data, kallas Pass 8, som inledde så många förbättringar sa astronomerna att det var som att ha ett helt nytt instrument. LAT:s förstärkta känslighet vid lägre energier ökade chanserna att upptäcka fler avlägsna blazarer.

Forskargruppen leddes av Vaidehi Paliya och Marco Ajello vid Clemson University i South Carolina och inkluderade Dario Gasparrini vid den italienska rymdorganisationens Science Data Center i Rom samt Ojha. De började med att söka efter de mest avlägsna källorna i en katalog med 1,4 miljoner kvasarer, en galaxklass nära besläktad med blazarer. Eftersom endast de ljusaste källorna kan upptäckas på stora kosmiska avstånd, de eliminerade sedan alla utom de ljusaste objekten vid radiovåglängder från listan. Med ett slutprov på cirka 1, 100 föremål, forskarna undersökte sedan LAT-data för dem alla, vilket resulterade i upptäckten av fem nya gammastrålningsblazarer.

Uttryckt i termer av rödförskjutning, astronomernas föredragna mått på det djupa kosmos, de nya blazarerna sträcker sig från rödskiftning 3,3 till 4,31, vilket betyder att ljuset vi nu upptäcker från dem började på sin väg när universum var mellan 1,9 och 1,4 miljarder år gammalt, respektive.

"När vi hittade dessa källor, vi samlade alla tillgängliga multivåglängdsdata om dem och härledde egenskaper som svarta håls massa, ackretionskivans ljusstyrka, och jetkraften, " sa Paliya.

Två av blazarerna har svarta hål med en miljard solmassor eller mer. Alla föremålen har extremt självlysande ansamlingsskivor som avger mer än två biljoner gånger vår sols energiproduktion. Detta betyder att materia kontinuerligt faller inåt, samlas in i en skiva och värms upp innan det sista steget till det svarta hålet.

"Huvudfrågan nu är hur dessa enorma svarta hål kunde ha bildats i ett så ungt universum, ", sa Gasparrini. "Vi vet inte vilka mekanismer som utlöste deras snabba utveckling."

Sålänge, teamet planerar att fortsätta ett djupt sökande efter ytterligare exempel.

"Vi tror att Fermi bara har upptäckt toppen av isberget, de första exemplen på en galaxpopulation som tidigare inte har upptäckts i gammastrålar, sa Ajello.