Focus: Niedawno odkryto rekordowo jasny kwazar. Znajduje się w odległości 12,8 mld lat świetlnych od nas i świeci 40 tys. razy jaśniej niż cała nasza Galaktyka. Co to właściwie są kwazary?

Szymon Kozłowski: Gdy popatrzymy w niebo przez teleskop, okaże się, że wszechświat jest wypełniony galaktykami, a w tej jego części, którą możemy obserwować, jest ich kilkaset miliardów. Każda galaktyka to skupisko dziesiątek, a często setek miliardów gwiazd, które krążą wokół wspólnego środka masy. Kwazary to taki rodzaj galaktyk, które w swoich centrach mają bardzo masywne czarne dziury, a te z kolei otoczone są bardzo jasno świecącymi, wirującymi dyskami materii. Jeśli wokół supermasywnej czarnej dziury jest pył i gaz, materia ta pod wpływem przyciągania opada na czarną dziurę, tworząc dysk, który potrafi świecić niezwykle jasno. Kwazary są bardzo, bardzo daleko od nas, często na krańcach obserwowanego wszechświata, dlatego widzimy je na niebie jedynie jako świecące punkty.

Focus: Jak to się dzieje, że gaz i pył wirujące w dysku świecą?

S.K.: Nikt nigdy nie widział z bliska, jak to się dzieje. Astronomowie, bazując na swoich obserwacjach, modelach i prawach fizyki, uważają, że to zasługa sił tarcia. Im bliżej czarnej dziury, tym materia krąży szybciej, a im dalej – tym wolniej. Podobnie dzieje się z planetami w naszym Układzie Słonecznym. Merkury (pierwsza planeta od Słońca) musi krążyć dużo szybciej wokół Słońca niż Neptun (ostatnia planeta), żeby utrzymać się na orbicie. Analogicznie, bardziej odległe warstwy gazu i pyłu, orbitujące wokół czarnej dziury, mają mniejszą prędkość niż te znajdujące się bliżej. Gdy przylegające warstwy poruszają się z różną prędkością, pojawia się tarcie między nimi, które z kolei rozgrzewa materię do wysokich temperatur i powoduje świecenie dysku. Wokół kwazara, o który pan pyta, jest taki dysk, który świeci równie mocno jak 420 bilionów naszych Słońc.

Focus: A czym jest czarna dziura?

S.K.: Czarnej dziury także bezpośrednio nikt nigdy nie widział. Nie da się jej zabrać do laboratorium, zbadać, zmierzyć czy zważyć. Wszystkie wnioski wyciągamy wyłącznie na podstawie jej wpływu na otoczenie. Dlatego też do końca wciąż nie wiemy, czym są czarne dziury, a tak naprawdę nie wiemy, „co mają w środku”. Rzekłbym: wiemy jednocześnie bardzo dużo i niewiele. Żeby „stworzyć” czarną dziurę, trzeba skupić w jednym miejscu bardzo wiele materii, która będzie zapadać się pod własnym ciężarem, a tym samym będzie się koncentrować w coraz mniejszej i mniejszej objętości. Gdybyśmy mogli przy pomocy wielkiego imadła ścisnąć całą Ziemię do postaci kulki o promieniu dziewięciu milimetrów, to zamieniłaby się w czarną dziurę. Jest to obiekt, z którego nic się nie wydostaje, nawet światło poruszające się z największą możliwą prędkością (uwaga dla bardziej wnikliwych czytelników – pomijam tutaj promieniowanie Hawkinga). Ponieważ żadna informacja nie może się wydostać z czarnej dziury na zewnątrz, nie wiemy, co dzieje się w jej wnętrzu, z czego się składa. Ma ona jednak rozmiar, masę i inne mierzalne parametry. Dla dowolnej konkretnej masy możemy policzyć promień. Jest to horyzont zdarzeń czarnej dziury. Cokolwiek zbliży się do centrum czarnej dziury na odległość mniejszą niż horyzont zdarzeń, nie zdoła już stamtąd uciec.  Dla ściśniętej Ziemi jest to kilka milimetrów, a dla Słońca byłoby to kilka kilometrów.

Focus: Gdzie znajduje się najbliższa czarna dziura?

S.K.: Małe czarne dziury, o masach kilku naszych Słońc, znajdujemy w odległościach rzędu kilku tysięcy lat świetlnych od Słońca. Ale w zasadzie nic nie stoi na przeszkodzie, żeby znaleźć je bliżej, gdyby w jakiś sposób emitowały światło (np. świecący dysk materii). Słynna czarna dziura w gwiazdozbiorze Łabędzia, nazywana Cygnus X-1, znajduje się w odległości około 6 tys. lat świetlnych od nas. Z kolei od supermasywnej czarnej dziury w centrum naszej Galaktyki (cztery miliony razy masywniejszej od Słońca), często nazywanej przez astronomów Sagittarius A*, dzieli nas 26 tys. lat świetlnych.

Focus: Wróćmy do odkrycia rekordowego kwazara. Co to oznacza dla nauki?

S.K.: Niezwykłe jest, że tak supermasywna czarna dziura, otoczona tak bardzo jasno świecącym dyskiem, uformowała się zaledwie  875 mln lat po Wielkim Wybuchu. Astronomowie nie do końca wiedzą, jak to wyjaśnić. Żeby to wytłumaczyć, trzeba bardzo mocno ponaginać obowiązujące obecnie teorie o sposobach powstawania czarnych dziur. Większość znanych kwazarów powstała znacznie później, bo 3–4 miliardy lat po Wielkim Wybuchu. Takich, które powstały w ciągu pierwszego miliarda lat istnienia wszechświata, znamy zaledwie kilkadziesiąt. Najdalsze kwazary są dla nas dodatkowo cennym źródłem informacji o wszechświecie, ponieważ ich światło przed dotarciem  do naszych teleskopów na Ziemi, przez – powiedzmy – dwanaście miliardów lat, pokonało znaczną część wszechświata. Badając, jak to światło zmieniało się po drodze, możemy dowiedzieć się, co znajduje się w tej rozległej przestrzeni. Moje osobiste przeczucie i nadzieje są takie, że wkrótce kwazary będą mogły także pełnić funkcję tzw. świec standardowych – mierników odległości we wszechświecie, szczególnie tym najdalszym, w którym nie umiemy jeszcze ich mierzyć.