En ny studie publicerad i Nature Astronomy beskriver det mest lysande föremål som någonsin observerats av astronomer. Det är ett svart hål med en massa på 17 miljarder solar, som sväljer en större mängd massa än solen varje dag.
Det har varit känt i flera decennier, men eftersom det är så ljust antog astronomer att det måste vara en närliggande stjärna. Endast nya observationer avslöjade dess extrema avstånd och ljusstyrka.
Objektet har döpts till J0529-4351. Det här namnet syftar helt enkelt på dess koordinater på himmelssfären - ett sätt att projicera objekten på himlen på insidan av en sfär. Det är en typ av objekt som kallas en kvasar.
Den fysiska karaktären hos kvasarer var från början okänd. Men 1963 delades det synliga ljuset från en kvasar som heter 3C 273 i alla dess våglängder (känd som dess spektrum). Detta visade att den var belägen nästan 2 miljarder ljusår bort.
Med tanke på hur ljus 3C 273 ser ut för oss, och hur långt borta den är, måste den vara extremt lysande – en term inom astronomi som hänvisar till mängden ljus som emitteras av ett objekt i en tidsenhet. Den enda kända kraftkällan för sådan extrem ljusstyrka var genom material som faller in i ett supermassivt svart hål. Kvasarer är därför de mest aktivt växande svarta hålen i universum.
Supermassiva svarta hål sitter ofta i galaxernas centrum. Som med alla kvasarer drivs J0529-4351 av material, mestadels överhettat väte och heliumgas, som faller in i sitt svarta hål från den omgivande galaxen.
Ungefär en gång faller solens massa in i detta svarta hål varje dag. Exakt hur så mycket gas kan kanaliseras in i galaxernas centrum för att öka massan av svarta hål är en obesvarad fråga inom astrofysik.
I galaxens centrum formas gasen till en tunn skiva. Viskositetens egenskaper (motstånd mot materiaflödet i rymden) och friktionen i den tunna skivan hjälper till att värma upp gasen till tiotusentals grader Celsius. Detta är tillräckligt varmt för att lysa när det ses vid våglängder för ultraviolett och synligt ljus. Det är ljuset som vi kan observera från jorden.
Med omkring 17 miljarder solar i massa är J0529-4351 inte det mest massiva kända svarta hålet. Ett objekt, i mitten av galaxhopen Abell 1201, motsvarar 30 miljarder solar. Men vi måste komma ihåg att på grund av den tid det tar för ljus att färdas över det stora avståndet mellan detta objekt och jorden, ser vi det när universum bara var 1,5 miljarder år gammalt. Den är nu cirka 13,7 miljarder år gammal.
Så det här svarta hålet måste ha växt, eller ökat, i denna takt under en betydande del av universums ålder när det observerades. Författarna tror att gastillväxten genom det svarta hålet sker nära den gräns som fysikens lagar sätter. Snabbare ansamling orsakar en mer självlysande skiva av gas runt det svarta hålet som i sin tur kan stoppa allt mer material som faller in.
J0529-4351 har varit känt i decennier, men trots att den har en ansamlingsskiva av gas som är 15 000 gånger större än vårt solsystem och upptar sin egen galax – som förmodligen är nära Vintergatans storlek – så är den så långt borta. visas som en enda ljuspunkt i våra teleskop.
Det betyder att det är svårt att skilja från miljarderna stjärnor i vår egen galax. För att upptäcka att det faktiskt är ett avlägset, kraftfullt, supermassivt svart hål krävdes lite mer komplexa tekniker. För det första samlade astronomer ljus från mitten av det infraröda vågbandet (ljus med mycket längre våglängder än de vi kan se).
Stjärnor och kvasarer ser ganska olika ut för varandra vid dessa våglängder. För att bekräfta observationen togs ett spektrum (ungefär som det var med kvasaren 3C 273), med hjälp av Australian National Universitys 2,3 meter långa teleskop vid Siding Spring Observatory, New South Wales.
Och, som med 3C 273, avslöjade spektrumet både objektets natur och hur långt bort det var – 12 miljarder ljusår. Detta visade hur extrem ljusstyrkan måste vara.
Trots dessa mätningar behövde ett antal kontroller göras för att bekräfta kvasarens verkliga ljusstyrka. För det första behövde astronomer se till att ljuset inte hade förstorats av en källa på himlen som var närmare jorden. Ungefär som linser som används i glasögon eller kikare, kan galaxer fungera som linser. De är så täta att de kan böja och förstora ljuset från mer avlägsna källor som är perfekt inriktade bakom dem.
Data från Europeiska rymdorganisationens Gaia-satellit, som har extremt exakta mätningar av J0529-4351s position, användes för att fastställa att J0529-4351 verkligen är en enda ljuskälla på himlen utan linser. Detta backas upp av mer detaljerade spektra tagna med European Southern Observatorys anläggning Very Large Telescope (VLT) i Chile.
J0529-4351 kommer sannolikt att bli ett mycket betydelsefullt verktyg för framtida studier av kvasarer och tillväxt av svarta hål. Massan av svarta hål är en grundläggande egenskap men är mycket svår att mäta direkt, eftersom det inte finns någon standarduppsättning av vågar för så absurt stora, mystiska föremål.
En teknik är att mäta effekten det svarta hålet har på mer diffus gas som kretsar runt det i stora moln, kallat "bredlinjeområdet". Denna gas avslöjas i spektrumet genom breda "emissionslinjer", som orsakas av elektroner som hoppar mellan specifika energinivåer i den joniserade gasen.
Bredden på dessa linjer är direkt relaterad till det svarta hålets massa, men kalibreringen av detta förhållande är mycket dåligt testad för de mest lysande föremålen som J0529-4351. Men eftersom den är så fysiskt stor och så lysande, kommer J0529-4351 att kunna observeras av ett nytt instrument som installeras på VLT, kallat Gravity+.
Detta instrument kommer att ge en direkt mätning av det svarta hålets massa och kalibrera de relationer som används för att uppskatta massor i andra objekt med hög ljusstyrka.
Journalinformation: Naturastronomi
Tillhandahålls av The Conversation
Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln. 
