När man tittade djupt in i universums barndom bekräftade European Southern Observatory's Very Large Telescope (VLT) nyligen upptäckten av den ljusstarkaste och snabbast växande kvasaren. Kvasarer är lysande föremål på natthimlen som drivs av gas som faller in i ett stort svart hål i mitten av en galax.
Upptäckten av detta rekordstora föremål var fascinerande nog. Men en annan avgörande aspekt av tillkännagivandet är att det väcker stora frågor om galaxbildning i det tidiga universum. I synnerhet är det fortfarande förbryllande hur denna kvasar, som existerade mindre än två miljarder år efter Big Bang, kunde ha vuxit sig så stor så snabbt. Att undersöka denna gåta kan till och med leda till en omprövning av hur galaxer kom till.
Svarta hål, de tätaste föremålen i universum, får detta namn eftersom deras gravitationskraft är så otroligt stark att inte ens ljus kan undgå deras grepp. Hur kan då ett svart hål vara ursprunget till en så intensiv ljuskälla?
Tja, i vissa galaxer, där det svarta hålet är tillräckligt stort, dras materia in i en grymt hög hastighet. När det spiralerar in resulterar våldsamma kollisioner mellan gaser, damm och stjärnor i utsläpp av enorma mängder ljusenergi. Ju större svart hål, desto häftigare kollisioner och desto mer ljus sänds ut.
Den kvasar som var föremål för den senaste studien, känd som J0529-4351, har en massa som motsvarar 17 miljarder solar och är otroligt stor. Det finns en spiralskiva av materia som spänner över en bredd av sju ljusår i mitten av galaxen och det svarta hålet växer genom att ansamla (ackumulera) denna materia. Skivans bredd är jämförbar med avståndet mellan jorden och närmaste stjärnsystem, Alpha Centauri.
Det svarta hålet växer snabbt genom att konsumera en rekordstor mängd massa, motsvarande en sol varje dag. Denna intensiva ansamling av materia frigör en mängd strålningsenergi som motsvarar en kvadrillion (tusen biljoner) solar.
Detta väcker frågan om varför ett så ljust objekt bara har identifierats på natthimlen, trots årtionden av astronomiska observationer. Det visar sig att denna lömska kvasar hade gömt sig i osynligt.
Trots sin häpnadsväckande ljusstyrka är J0529-4351 väldigt avlägsen, vilket betyder att den sömlöst smälter in bland ett hav av mörkare stjärnor som ligger mycket närmare jorden. Faktum är att denna kvasar är så långt borta att det tar 12 miljarder år för ljuset den avger att nå oss här på jorden.
Universums ålder är cirka 13,7 miljarder år. Så denna kvasar existerade bara 1,7 miljarder år efter Big Bang, i början av universum.
Universums expansion efter Big Bang är det som tillåter oss att mäta avståndet till, och därmed åldern för, denna kvasar. En sedan länge känd enkel formel som kallas Hubbles lag säger att genom att veta hastigheten som ett föremål rör sig bort från oss kan vi beräkna hur långt bort det är.
De kollisioner som sker när materia spiralerar in i denna kvasars svarta hål höjer den till brännande temperaturer på 10 000°C. Under dessa förhållanden avger atomerna i systemet ett karakteristiskt spektrum av ljus.
Dessa diskreta frekvenser av ljus bildar en sorts streckkod som astronomer kan använda för att identifiera de elementära sammansättningarna av objekt på natthimlen. När ett föremål som avger ljus rör sig bort från oss, genomgår frekvensen av det observerade ljuset en förändring, ungefär som hur ljudfrekvensen för en ambulanssiren ändras beroende på om den kör mot eller bort från dig.
Denna förskjutning som ses i astronomiska objekt kallas rödförskjutning. Detta, tillsammans med Hubbles lag, har gjort det möjligt att bekräfta både åldern och avståndet (båda dessa egenskaper är sammanlänkade i kosmologin) för J0529-4351.
Denna ljusa fyr från det tidiga universum har väckt en viktig fråga som förbryllar astronomer:hur kunde detta svarta hål på en så relativt kort tidsperiod växa så snabbt till ett så massivt föremål? Under väl accepterade modeller av det tidiga universum borde det ha tagit längre tid för det att växa till denna storlek.
Dessutom, genom att justera modellerna med artificiell intelligens (AI) som används för att skanna teleskopdata efter dessa ovanliga objekt, kan mer fortfarande hittas under de kommande åren. Om de liknar J0529-4351, skulle fysiker behöva seriöst ompröva sina modeller av det tidiga universum och galaxbildningen.
Det snabbast växande svarta hålet som någonsin observerats kommer att vara det perfekta målet för ett system som heter Gravity+, en kommande uppgradering till ett instrument på Very Large Telescope som kallas en interferometer. Denna interferometer är ett genialiskt sätt att kombinera data från de fyra separata teleskop som faktiskt utgör VLT.
Gravity+ är designad för att exakt mäta rotationshastigheten och massan av svarta hål direkt, särskilt de som ligger långt borta från jorden.
Dessutom är European Southern Observatorys Extremely Large Telescope, ett reflekterande teleskop med en diameter på 39 meter, för närvarande under uppbyggnad i den chilenska Atacamaöknen. Detta är designat för att detektera de optiska och nära-infraröda våglängderna som är karakteristiska för avlägsna kvasarer och kommer att göra identifiering och karakterisering av sådana svårfångade objekt ännu mer sannolikt i framtiden.
Tillhandahålls av The Conversation
Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln. 
