Самый далёкий квазар проливает свет на то, как растут чёрные дыры

Квазар
Международная группа астрономов открыла самый далёкий квазар во Вселенной, полностью сформировавшийся примерно через 670 миллионов лет после Большого взрыва. Авторы и права: NOIRLab / NSF / AURA / J. da Silva.

Группа астрономов из Университета Аризоны наблюдала яркий квазар, находящийся в 13,03 миллиардах световых лет от Земли – самый далёкий квазар, обнаруженный на сегодняшний день. Сформировавшийся через 670 миллионов лет после Большого взрыва, когда возраст Вселенной составлял всего 5% от нынешнего, квазар содержит сверхмассивную чёрную дыру, масса которой в 1,6 миллиарда раз больше солнечной.

Помимо того, что это самый далёкий и, соответственно, самый ранний из известных квазаров, этот объект является первым в своём роде, демонстрирующим свидетельства истекающего ветра перегретого газа, выходящего из окрестностей чёрной дыры на скорости в 20% от скорости света. Кроме того, новые наблюдения также показывают интенсивную активность звездообразования в родительской галактике, где расположен квазар, официально обозначенный как J0313-1806.

Исследователи представили свои выводы в статье, опубликованной в Astrophysical Journal Letters.

Предыдущий рекордсмен среди квазаров в молодой Вселенной был открыт три года назад. Команда UArizona также внесла свой вклад в это открытие. Считается, что квазары являются результатом поглощения сверхмассивными чёрными дырами окружающей материи, такой как газ или даже целые звёзды, в результате чего возникает водоворот перегретой материи, известный как аккреционный диск, который вращается вокруг чёрной дыры. Из-за огромных энергий квазары являются одними из самых ярких источников излучения в космосе, часто превосходя их родительские галактики.

Бетельгейзе
Яркий взрыв сверхновой в представлении художника. Авторы и права: ESO / M. Kornmesser.

Хотя J0313-1806 находится всего на 20 миллионов световых лет дальше, чем предыдущий рекордсмен, новый квазар содержит сверхмассивную чёрную дыру в два раза тяжелее. Это знаменует собой значительный прогресс в космологии, поскольку объект обеспечивает самое сильное ограничение на образование чёрных дыр в ранней Вселенной.

“Это самое раннее свидетельство того, как сверхмассивная чёрная дыра влияет на свою родительскую галактику”, – сказал ведущий автор статьи Фейдж Ван, научный сотрудник телескопа “Хаббл” из обсерватории Стюарда. “Из наблюдений за менее далёкими галактиками мы знаем, что это должно произойти, но мы никогда не видели, чтобы это происходило так рано во Вселенной”.

Квазары, которые уже накопили миллионы, если не миллиарды солнечных масс в своих чёрных дырах, в то время, когда Вселенная была очень молодой, представляют собой проблему для учёных, пытающихся объяснить, как они возникли, когда у них едва было на это время. Общепринятое объяснение образования чёрной дыры включает в себя взрыв звезды как сверхновой в конце своей жизни и коллапс в чёрную дыру. Когда, со временем, такие чёрные дыры сливаются, они теоретически могут превратиться в сверхмассивные чёрные дыры.

Квазар
Сверхмассивная чёрная дыра, находящаяся в центре далёкой галактики. Авторы и права: ALMA / ESO / NAOJ / NRAO.

Недавно обнаруженный квазар представляет собой новый ориентир, исключая две текущие модели образования сверхмассивных чёрных дыр за такие короткие сроки. В первой модели массивные звёзды, которые состоят в основном из водорода и лишены большинства других элементов, включая металлы, образуют первое поколение звёзд в молодой галактике и обеспечивают пищу для зарождающейся чёрной дыры. Вторая модель включает в себя плотные звёздные скопления, которые с самого начала коллапсируют в массивную чёрную дыру.

Квазар J0313-1806, однако, может похвастаться чёрной дырой, слишком массивной, чтобы её можно было объяснить вышеупомянутыми сценариями. Команда подсчитала, что, если бы чёрная дыра в центре галактики образовалась уже через 100 миллионов лет после Большого взрыва и росла с максимально возможной скоростью, она всё равно должна была бы иметь массу около 10 000 солнечных масс во время своего рождения.

“Это говорит вам о том, что независимо от того, что вы делаете, семя этой чёрной дыры должно было образоваться с помощью другого механизма”, – сказал соавтор Сяохуэй Фань, профессор кафедры астрономии Стюарда. “В данном случае того, который включает огромное количество первичного холодного газообразного водорода, которое непосредственно коллапсирует в зародышевую чёрную дыру”.

Поскольку для этого механизма не требуются полноценные звёзды в качестве исходного материала, это единственный механизм, который позволил бы сверхмассивной чёрной дыре квазара J0313-1806 вырасти до 1,6 миллиарда солнечных масс на столь раннем этапе существования Вселенной. Это то, что делает новый квазар таким ценным для астрономии.

Двойной квазар
Яркий свет двух квазаров, находящихся в ядрах двух сливающихся галактик. Авторы и права: NASA / ESA / J. Olmsted, STScI.

Недавно обнаруженный квазар, кажется, даёт редкую возможность заглянуть в жизнь галактики на заре Вселенной, когда многие процессы формирования этих объектов, которые с тех пор замедлились или прекратились в галактиках, которые существовали гораздо дольше, всё ещё были в полном разгаре.

Согласно нынешним моделям эволюции галактик, сверхмассивные чёрные дыры, растущие в их центрах, могут быть основной причиной, по которой галактики в конечном итоге перестают формировать новые звёзды. Действуя как паяльная лампа космических размеров, квазары яростно взрывают своё окружение, эффективно очищая свою родительскую галактику от большей части холодного газа, который служит сырьём для образования звёзд.

“Мы думаем, что эти сверхмассивные чёрные дыры являлись причиной того, что многие из больших галактик в какой-то момент перестали формировать звёзды”, – сказал Фан. “Мы наблюдаем это при более низких красных смещениях, но до сих пор мы не знали, насколько рано этот процесс начался в истории Вселенной. Этот квазар является самым ранним свидетельством того, что прекращение формирования звёзд могло происходить в очень ранние времена”.

Измеряя светимость квазара, команда Вана подсчитала, что сверхмассивная чёрная дыра в его центре поглощает в среднем 25 солнечных масс в год.

Область звездообразования
Новые исследования прольют свет на процессы, происходящие внутри звездообразующих областей, таких как 30 Doradus, которое показано на этом снимке с космического телескопа “Хаббл”. Авторы и права: NASA / ESA / F. Paresce / R. O’Connell / WFC3.

И в то время как Млечный Путь формирует звёзды с небольшой скоростью около одной солнечной массы в год, J0313-1806 производит звёзд в 200 солнечных масс за тот же период времени.

“Это относительно высокая скорость звездообразования, аналогичная наблюдаемой в других квазарах того же возраста, и это говорит нам о том, что родительская галактика растёт очень быстро”, – сказал Ван.

Предположительно, эти квазары всё ещё находятся в процессе создания своих сверхмассивных чёрных дыр. Со временем истечение квазара нагреется и вытолкнет весь газ из галактики, и тогда чёрной дыре больше нечего будет есть, и она перестанет расти.

Исследователи ожидают найти ещё несколько квазаров из того же периода времени, в том числе потенциальных новых рекордсменов.

“Наш обзор квазаров охватывает очень широкое поле, что позволяет нам сканировать почти половину неба”, – сказал Ян. “Мы отобрали больше кандидатов, по которым мы продолжим более подробные наблюдения”.

Исследователи надеются раскрыть больше секретов квазара в ходе будущих наблюдений, особенно с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба (НАСА), запуск которого запланирован 22 декабря 2021 года.

Присоединяйся

Вы могли пропустить:

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.