Nauka bywa paradoksalna. W 2013 r. z Europejskiego Portu Kosmicznego – zlokalizowanego w Gujanie Francuskiej – zostało wystrzelone obserwatorium kosmiczne Gaia. Misją sondy było, najogólniej mówiąc, badanie Drogi Mlecznej. Gaia została umieszczona 1,5 mln km od Ziemi w punkcie libracyjnym L2 (pracuje w nim też Teleskop Webba). Sonda obraca się powoli kilka razy na dobę, a jej dwa teleskopy rejestrują światło gwiazd z całej Galaktyki. 

Jednak nie tylko to światło. Chociaż misją Gai jest mapowanie Drogi Mlecznej, urządzenie rejestruje także promieniowanie optyczne docierające spoza jej granic. Tym samym sonda zbiera bezcenne informacje o odległych obiektach kosmicznych. Takich jak inne galaktyki czy zgrupowania galaktyk. A także aktywne supermasywne czarne dziury, czyli kwazary.

Dzięki danym z Gai właśnie powstała wielka kosmiczna mapa kwazarów. Jej autorzy twierdzą, że jest to najobszerniejszy dotychczas katalog aktywnych supermasywnych czarnych dziur. Najobszerniejszy, czyli obejmujący największy trójwymiarowy fragment kosmosu.

Co to są kwazary?

Czarne dziury pochłaniają wszystko, co znajdzie się w ich pobliżu. Wszystko, czyli materię, ale także światło. Z tego opisu można wnosić, że są to obiekty całkowicie niewidoczne. I tak faktycznie jest. Jednak nie zawsze.

W centrum wielu galaktyk – w tym Drogi Mlecznej – znajdują się wyjątkowo duże czarne dziury. Ich masa może być nawet miliardy razy większa od masy Słońca. Stąd nazywa się je supermasywnymi czarnymi dziurami. I chociaż same w sobie są czarne, niekiedy ich otoczka sprawia, że stają się jednymi z najjaśniejszych miejsc we Wszechświecie. Kiedy po raz pierwszy astronomowie zauważyli takie obiekty, często mylili je z bliższymi gwiazdami. Nazywali je quasi-gwiazdami, co z czasem skróciło się do słowa „kwazar”.

Dlaczego kwazary jasno świecą? Wokół supermasywnej czarnej dziury wiruje gigantyczny dysk rozgrzanej materii i gazów. Materia stopniowo opada po spirali na czarną dziurę, rozgrzewając się do ogromnych temperatur. Kwazar emituje promieniowanie elektromagnetyczne: optyczne, ale też rentgenowskie i niekiedy radiowe. Może dodatkowo rozjaśniać się, gdy  wpada do niego dodatkowa porcja materii – np. gwiazda.

Dlaczego bada się kwazary?

Kwazary pojawiły się we Wszechświecie bardzo dawno temu. W rezultacie istnieje duża szansa, że nawet zaglądając w najdalsze rejony kosmosu, dostrzeżemy kwazar. Tworząc mapę kwazarów, naukowcy mogą dokładniej badać cały Wszechświat. 

W 2020 r. powstała mapa zawierająca 1,6 mln kwazarów. Teraz naukowcy upublicznili nowy katalog. Znajduje się w nim 1,3 mln obiektów. Niektóre z nich są bardzo stare – a tym samym bardzo odległe. Jasno świeciły, gdy Wszechświat miał zaledwie 1,5 mld lat.

Co zawiera katalog aktywnych supermasywnych czarnych dziur?

– Ten katalog różni się od poprzednich. Daje nam najobszerniejszą trójwymiarową mapę kosmosu – mówi jego współtwórca David Hogg z New York University. – Nie jest to katalog zawierający największą liczbę kwazarów ani najwyższej jakości pomiary kwazarów, ale jest to katalog, w którym zmapowano największą całkowitą objętość Wszechświata – dodaje naukowiec.

Dzięki katalogowi nazwanemu Quaia astronomowie będą mogli przeanalizować rozkład skupisk czarnej materii w kosmosie. Ale nie tylko. – Naukowcy na całym świecie używają map kwazarów do pomiaru wszystkiego: od początkowych fluktuacji gęstości materii, z których powstała sieć kosmicznych włókien, przez rozkład pustek, po ruch Układu Słonecznego we Wszechświecie – mówi Kate Storey-Fisher. Storey-Fisher jest główną autorką pracy opisującej nowy katalog. Została ona opublikowana w czasopiśmie „The Astrophysical Journal”.

Ile danych zbiera sonda Gaia?

Możliwe, że dzięki Gai powstaną jeszcze inne katalogi kwazarów. „Strumień danych napływających z sondy Gaia jest naprawdę ogromny” – pisze astronom Paul Murdin w książce „Wszechświat. Biografia” (tłum. Bogumił Bieniok, Ewa L. Łokas)  „Za pomocą nadajnika o mocy zaledwie 300 watów Gaia przesyła informacje (…) z prędkością sięgającą 10 megabitów na sekundę, porównywalną z prędkością szerokopasmowego optycznego łącza internetowego w naszych domach”. 

Chociaż niespiesznie, pracująca jedenasty rok sonda ciągle dostarcza gigantyczne ilości danych. „Dzięki działaniu sondy uczeni uzyskają w sumie 100 terabajtów danych naukowych, przy czym szacuje się, że całkowita objętość archiwum może przekroczyć nawet jeden petabajt. A więc mniej więcej tyle, ile zajmują dane wszystkich bibliotek naukowych w całych Stanach Zjednoczonych” – pisze Murdin. Można podejrzewać, że dzięki nim dowiemy się jeszcze całkiem sporo o kosmosie.

Źródła: The Astrophysical Journal, Phys.org