Najgłębszy rentgenowski obraz Wszechświata powstał ze złożenia obserwacji wykonywanych przez ponad 7 milionów sekund przy pomocy należącego do NASA kosmicznego obserwatorium o nazwie Chandra.

Zdjęcie obejmuje obszar tzw. Chandra Deep Field-South, w skrócie CDF-S. Jest to rejon na niebie o kształcie zbliżonym do okrągłego i powierzchni ok. dwóch trzecich powierzchni tarczy Księżyca w pełni. Astronomowie obserwowali ten rejon przez bardzo długi czas, aby spojrzeć jak najgłębiej w kosmos i dostrzec jak najdalsze i jak najsłabsze obiekty.

Okazało się, iż centralny rejon zdjęcia zawiera największą koncentrację supermasywnych czarnych dziur, jaką kiedykolwiek obserwowano. Gdyby ekstrapolować tę koncentrację na większy obszar, to na obszarze tarczy Księżyca w pełni byłoby 5 tys. tych obiektów, a na całym niebie - około miliarda.

Badacze połączyli dane z obserwatorium Chandra z innymi głębokimi obserwacjami nieba: Cosmic Assembly Near-Infrared Deep Extragalactic Legacy Survey (CANDELS) oraz Great Observatories Origins Deep Survey (GOODS), wykonanymi przy pomocy Kosmicznego Teleskopu Hubble’a. Dzięki temu można było zbadać galaktyki i czarne dziury widziane w stadium od jednego do dwóch miliardów lat po Wielkim Wybuchu.

Pierwsza część badań dotyczyła poszukiwań emisji rentgenowskiej od galaktyk widocznych na zdjęciach z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a, wśród obiektów położonych od 11,9 do 12,9 miliardów lat świetlnych od nas. W przypadku około 50 galaktyk udało się je zidentyfikować na obrazie rentgenowskim. Następnie zastosowano specjalną technikę analizy obrazów, aby poszukać emisji rentgenowskiej od 2076 galaktyk, których nie udało się zidentyfikować indywidualnie. Technika polega na tym, że dodaje się wszystkie zliczenia fotonów rentgenowskich w pobliżu pozycji galaktyk, co zwiększa czułość. W ten sposób udało się uzyskać rezultat taki, jaki wymagałby obserwacji przez 8 miliardów sekund (około 260 lat).

Następnie, analizując uzyskane w ten sposób dane, naukowcy ustalili, iż czarne dziury we wczesnym Wszechświecie rosły przeważnie na skutek gwałtownych wybuchów aktywności, aniżeli poprzez powolną kumulację materii. Udało się też wprowadzić pewne ograniczenia dla "ziaren", z których uformowały się supermasywne czarne dziury. Gdyby zaczynały od obiektów o masach około stu mas Słońca, to czas potrzebny do ich rozrośnięcia się do miliarda mas Słońca byłby tak duży, że stanowiłby problem dla obecnych modeli teoretycznych opisujących tego typu procesy. Problem znika, jeśli początkowe masy wynoszą od 10 tysięcy do 100 tysięcy mas Słońca.

Kolejnym rezultatem z opisywanych badań jest sprawdzenie kształtu tzw. funkcji jasności (ang. luminosity function). Opisuje ona względną liczbę jasnych obiektów w stosunku do słabych. Funkcja zależy od kilku fizycznych parametrów związanych z rozrastaniem się czarnych dziur, w tym od początkowej masy obiektów i od tempa akumulacji materii. Dane ustalone na podstawie pola CDF-S wskazują na raczej "płaską" funkcję (np. względnie duża liczba jasnych obiektów), co może zostać wykorzystane do ulepszania modeli teoretycznych. (PAP)

cza/ zan/