Euclid znalazł latarnie z dzieciństwa Wszechświata. Dwie świeciły, gdy kosmos miał zaledwie 5 proc. obecnego wieku

Światło dwóch najstarszych kwazarów wykrytych przez Euclida podróżowało do nas przez ponad 13 mld lat. Nie oglądamy więc tych obiektów takimi, jakie są dziś. Oglądamy ich bardzo dawną fotografię, wysłaną w czasie, gdy pierwsze galaktyki dopiero budowały swoją strukturę. Teleskop nie cofnął czasu. Po prostu zebrał światło, które przez większość historii Wszechświata było w drodze.

Czarna dziura, która świeci przez otoczenie

Kwazar nie jest osobnym gatunkiem gwiazdy. To krótki, gwałtowny etap życia galaktyki, podczas którego materia wpada w stronę supermasywnej czarnej dziury. Gaz i pył tworzą rozgrzany dysk, a tarcie i grawitacja uwalniają olbrzymią energię. Samą czarną dziurę nadal trudno zobaczyć, ale otaczająca ją materia potrafi świecić jaśniej niż wszystkie gwiazdy galaktyki razem.

Dwa rekordowe obiekty świeciły mocą porównywaną przez ESA do biliona Słońc. Ta liczba jest tym bardziej zadziwiająca, że czarne dziury napędzające kwazary miały około miliarda mas Słońca. Wszechświat dał im na wzrost tylko 670 mln lat. W ludzkiej skali to ogrom czasu. W kosmicznej historii jest to wczesne dzieciństwo, w którym materia dopiero organizowała się po Wielkim Wybuchu.

Tu pojawia się problem dla modeli. Czarna dziura rośnie, pochłaniając materię i łącząc się z innymi czarnymi dziurami, ale tempo nie może być dowolne. Promieniowanie rozgrzanego gazu wypycha część materii na zewnątrz i ogranicza karmienie. Aby osiągnąć miliard mas Słońca tak wcześnie, obiekt musiał zacząć od wyjątkowo dużego „ziarna”, rosnąć niemal bez przerwy albo przechodzić okresy wzrostu szybszego, niż opisuje prosty model.

Od rekordu do spisu całej populacji

Dotąd astronomowie znajdowali przede wszystkim najjaśniejsze, najbardziej niezwykłe kwazary. To tak, jakby próbować opisać miasta, oglądając wyłącznie stolice widoczne nocą z samolotu. Euclid zmienia metodę, bo łączy szeroki obszar obserwacji, ostre obrazowanie i czułość w podczerwieni. Pozwala szukać rzadszych obiektów na dużej części nieba, zamiast długo wpatrywać się w jeden mały fragment.

Nowa próbka obejmuje 31 dawnych kwazarów, w tym 12 pochodzących z pierwszych 770 mln lat historii kosmosu. ESA podkreśla, że odkrycie ponad dwukrotnie zwiększa liczbę znanych kwazarów z tak odległej epoki. Pierwszą dziesiątkę obiektów o podobnym przesunięciu ku czerwieni zbierano przez ponad dekadę. Euclid znalazł więcej w jednym roku badań.

Dlaczego liczba obiektów jest ważniejsza niż kolejny rekord? Jeden kwazar może być kosmicznym wyjątkiem. Trzydzieści jeden zaczyna tworzyć populację, w której da się szukać rozkładu jasności, mas, otoczenia i częstotliwości występowania. Statystyka nie odbiera odkryciu romantyzmu. Pozwala ustalić, czy oglądamy dziwny przypadek, czy brakujący etap powszechnego procesu powstawania galaktyk.

Światło jest także zapisem drogi

Astronomowie mierzą odległość tych obiektów między innymi przez przesunięcie ku czerwieni. Rozszerzający się Wszechświat rozciąga falę światła podobnie jak oddalająca się karetka obniża słyszany ton syreny. Im bardziej rozciągnięte światło, tym dawniejszy i na ogół bardziej odległy obiekt. Rekordowy kwazar ma przesunięcie ku czerwieni 7,77, nieco więcej niż poprzedni rekordzista z 2021 r.

Kwazary są również latarniami oświetlającymi epokę rejonizacji. Po powstaniu pierwszych atomów Wszechświat stał się na pewien czas ciemny i wypełniony neutralnym gazem. Promieniowanie pierwszych gwiazd, galaktyk i aktywnych czarnych dziur zaczęło ten gaz jonizować. Światło kwazara, przechodząc przez dawną materię, niesie zapis tego, co znajdowało się między nim a nami.

Euclid został zbudowany przede wszystkim po to, by badać ciemną materię, ciemną energię i wielkoskalową strukturę kosmosu. Ma obserwować miliardy galaktyk i objąć ponad jedną trzecią nieba. Odkrycie kwazarów pokazuje zaletę dużych przeglądów: instrument zaprojektowany do jednego fundamentalnego pytania tworzy dane, które otwierają kilka innych. W nauce najcenniejszy teleskop bywa maszyną do znajdowania rzeczy, których nie umiano jeszcze wpisać w harmonogram.

Nie oznacza to, że zagadka miliardowych czarnych dziur została rozwiązana. Przeciwnie, teraz można ją zadać precyzyjniej. Kolejne obserwatoria zbadają widma, masy, tempo pochłaniania materii i galaktyki gospodarzy. Rekord odległości prawdopodobnie znów zostanie pobity. Trwalszą wartością Euclida będzie jednak przejście od kolekcji kosmicznych osobliwości do pierwszego spisu ludności czarnych dziur z dzieciństwa Wszechświata.