Kvasarer är lysande föremål med supermassiva svarta hål i mitten, synlig över stora kosmiska avstånd. Infallande materia ökar det svarta hålets massa och är också ansvarigt för en kvasars ljusstyrka. Nu, med hjälp av W.M. Keck observatorium på Hawaii, astronomer ledda av Christina Eilers har upptäckt extremt unga kvasarer med en förbryllande egenskap:dessa kvasarer har en massa av ungefär en miljard solar, har ändå samlat in material i mindre än 100, 000 år. Konventionell visdom säger att kvasarer av den massan borde ha behövt dra in materia tusen gånger längre än så – en kosmisk gåta. Resultaten har publicerats i den 2 maj upplagan av Astrofysisk tidskrift .

I hjärtat av varje massiv galax lurar ett supermassivt svart hål. Hur dessa svarta hål bildades, och hur de har vuxit till att bli så massiva som miljoner eller till och med miljarder solar, är en öppen fråga. Åtminstone vissa faser av kraftig tillväxt är mycket synliga för astronomiska observatörer:Närhelst det finns betydande mängder gas som virvlar in i det svarta hålet, materia i omedelbar närhet av det svarta hålet avger riklig mängd ljus. Det svarta hålet har intermittent förvandlats till en kvasar, ett av de mest lysande föremålen i universum.

Nu, forskare från Max Planck Institute for Astronomy (MPIA) har upptäckt tre kvasarer som utmanar konventionell visdom om svarta håls tillväxt. Dessa kvasarer är extremt massiva, men borde inte ha haft tillräckligt med tid att samla all den massan. Upptäckten, som bygger på observationer vid W.M. Keck observatorium på Hawaii, glimtar av forntida kosmisk historia:På grund av deras extrema ljusstyrka, kvasarer kan observeras på stora avstånd. Astronomerna observerade kvasarer vars ljus tog nästan 13 miljarder år att nå jorden. Följaktligen, observationerna visar att dessa kvasarer inte är som de är idag, men som de var för nästan 13 miljarder år sedan, mindre än en miljard år efter big bang.

De aktuella kvasarerna har ungefär en miljard gånger solens massa. Alla nuvarande teorier om tillväxt av svarta hål postulerar att, för att växa så massivt, de svarta hålen skulle ha behövt samla in infallande materia, och lysa starkt som kvasarer, i minst hundra miljoner år. Men dessa tre kvasarer visade sig ha varit aktiva under mycket kortare tid, mindre än 100, 000 år. "Detta är ett överraskande resultat, " förklarar Christina Eilers, doktorand vid MPIA och huvudförfattare till denna studie. "Vi förstår inte hur dessa unga kvasarer kunde ha odlat de supermassiva svarta hålen som driver dem på så kort tid."

För att avgöra hur länge dessa kvasarer hade varit aktiva, astronomerna undersökte hur kvasarerna hade påverkat deras miljö – i synnerhet, de undersökte upphettade, mestadels genomskinliga "närhetszoner" runt varje kvasar. "Genom att simulera hur ljuset från kvasarer joniserar och värmer gas runt dem, vi kan förutsäga hur stor närhetszonen för varje kvasar bör vara, " förklarar Frederick Davies, en postdoktor vid MPIA som är expert på samspelet mellan kvasarljus och intergalaktisk gas. När kvasaren väl har "slagits på" av infallande materia, dessa närhetszoner växer mycket snabbt. "Inom en livstid på 100, 000 år, kvasarer borde redan ha stora närhetszoner."

Förvånande, tre av kvasarerna hade mycket små närhetszoner – vilket indikerar att den aktiva kvasarfasen inte kan ha satt in mer än 100, 000 år tidigare. "Inga aktuella teoretiska modeller kan förklara existensen av dessa objekt, " säger professor Joseph Hennawi, som leder forskargruppen vid MPIA som gjorde upptäckten. "Upptäckten av dessa unga föremål utmanar de befintliga teorierna om svarta håls bildning och kommer att kräva nya modeller för att bättre förstå hur svarta hål och galaxer bildades."

Astronomerna har redan planerat sina nästa steg. "Vi skulle vilja hitta fler av dessa unga kvasarer, säger Christina Eilers, "Även om det kan ha varit en lyckträff att hitta dessa tre ovanliga kvasarer, Att hitta ytterligare exempel skulle innebära att en betydande del av den kända kvasarpopulationen är mycket yngre än förväntat." Forskarna har redan ansökt om teleskoptid för att observera flera ytterligare kandidater. Resultaten, de hoppas, kommer att begränsa nya teoretiska modeller om bildandet av de första supermassiva svarta hålen i universum - och, underförstått, hjälpa astronomer att förstå historien om de gigantiska supermassiva svarta hålen i mitten av dagens galaxer som vår egen Vintergatan.