W centrum każdej galaktyki znajduje się supermasywna czarna dziura. Po przekroczeniu pewnego rozmiaru stają się one aktywne, emitując ogromne ilości promieniowania i nazywane są wówczas kwazarami. Uważa się, że są one aktywowane przez obecność halo masywnej ciemnej materii (DMH) otaczających galaktykę, kierujących materię w stronę centrum, zasilając czarną dziurę. Zespół składający się z naukowców z Uniwersytetu Tokijskiego po raz pierwszy zbadał setki starożytnych kwazarów i odkrył, że ich zachowanie jest bardzo spójne na przestrzeni dziejów. Jest to zaskakujące, ponieważ wiele procesów na dużą skalę wykazuje zmienność w ciągu życia Wszechświata, zatem mechanizm aktywacji kwazarów może mieć wpływ na ewolucję całego Wszechświata.
Pomiar masy DMH nie jest łatwy; jest to bardzo nieuchwytna substancja, jeśli słowo „substancja” jest w ogóle właściwym określeniem, biorąc pod uwagę, że rzeczywista natura ciemnej materii jest nieznana. Wiemy, że w ogóle istnieje tylko dzięki jego oddziaływaniu grawitacyjnemu na duże struktury, takie jak galaktyki. Zatem ciemną materię można zmierzyć jedynie poprzez obserwacje jej wpływu grawitacyjnego na rzeczy. Obejmuje to sposób, w jaki może coś przyciągać lub wpływać na jego ruch, a także soczewkowanie (zaginanie światła) obiektów znajdujących się za podejrzanym obszarem ciemnej materii.
Wyzwanie staje się większe w przypadku dużych odległości, biorąc pod uwagę, jak słabe może być światło z bardziej odległych, a zatem starożytnych zjawisk. Nie powstrzymało to jednak profesora Nobunari Kashikawy z Wydziału Astronomii i jego zespołu przed próbą odpowiedzi na zadawane od dawna pytanie w astronomii: jak rodzą się czarne dziury i jak rosną? Badaczom szczególnie zależy na zbadaniu tego w odniesieniu do supermasywnych czarnych dziur, największego rodzaju, które istnieją w sercu każdej galaktyki. Byłoby bardzo trudno je zbadać, gdyby nie fakt, że niektóre stają się tak masywne, że zaczynają emitować niewiarygodnie potężne strumienie materii lub sfery promieniowania, które w obu przypadkach stają się tym, co nazywamy kwazarami. Są one tak potężne, że nawet z dużych odległości możemy je obecnie obserwować przy użyciu nowoczesnych technik.
„Po raz pierwszy zmierzyliśmy typową masę halo ciemnej materii otaczającej aktywną czarną dziurę we wszechświecie około 13 miliardów lat temu” – powiedział Kashikawa. „Odkryliśmy, że masa DMH kwazarów jest w miarę stała i wynosi około 10 bilionów mas naszego Słońca. Pomiarów takich dokonano dla nowszych DMH wokół kwazarów i pomiary te są uderzająco podobne do tego, co obserwujemy dla starszych kwazarów. To jest interesujące, ponieważ sugeruje, że istnieje charakterystyczna masa DMH, która wydaje się aktywować kwazar, niezależnie od tego, czy wydarzyło się to miliardy lat temu, czy teraz”.
Kwazary znajdujące się w dużych odległościach wydają się słabe, ponieważ światło, które opuściło je dawno temu, rozproszyło się, zostało wchłonięte przez znajdującą się tam materię i rozciągnięte do prawie niewidocznych fal podczerwonych w wyniku rozszerzania się Wszechświata w czasie. Dlatego Kashikawa i jego zespół, którego projekt rozpoczął się w 2016 r., wykorzystali wiele badań nieba przy użyciu szeregu różnych instrumentów, z których głównym był japoński teleskop Subaru znajdujący się w amerykańskim stanie Hawaje.
„Ulepszenia pozwoliły Subaru widzieć dalej niż kiedykolwiek, ale możemy dowiedzieć się więcej, rozszerzając projekty obserwacyjne na arenie międzynarodowej” – powiedział Kashikawa. „Amerykańskie Obserwatorium Vera C. Rubin, a nawet kosmiczny satelita Euclid, wystrzelony przez UE w tym roku, przeskanują większy obszar nieba i znajdą więcej DMH wokół kwazarów. Możemy zbudować pełniejszy obraz związek między galaktykami a supermasywnymi czarnymi dziurami. To może pomóc w budowaniu naszych teorii na temat powstawania i wzrostu czarnych dziur.”