Древнейшая чёрная дыра-невидимка озадачила астрономов

Астрономы обнаружили сверхмассивного "монстра", укрытого толстым облаком газа. Эта чёрная дыра уже существовала, когда возраст Вселенной составлял лишь 6% от нынешнего. Этот факт делает её самой древней из "спрятанных" чёрных дыр. Но вместе с рекордом учёные получили и головоломку, о которой мы расскажем ниже.

Результаты исследования опубликованы в журнале Astronomy & Astrophysics.

Напомним, что  квазары - это сверхмассивные чёрные дыры, на которые падает окружающее их вещество. Разогреваясь из-за трения, эта материя ярко светится во всех диапазонах.

Учёные полагают, что новорождённый квазар практически невидим. Облако газа вокруг него слишком плотное, чтобы излучение пробилось через него. Преодолеть толстую завесу материи способны лишь рентгеновские фотоны высокой энергии. Лишь со временем, когда чёрная дыра "съест" значительную часть газа, облако станет проницаемо, и на просторы космоса вырвется великолепное сияние самого мощного "светильника" во Вселенной.

"Найти квазары в этой скрытой фазе чрезвычайно сложно, потому что большая часть их излучения поглощается и не может быть обнаружена современными инструментами, – объясняет первый автор статьи Фабио Вито (Fabio Vito) из Папского Католического университета Чили. – Благодаря "Чандре" (орбитальный рентгеновский телескоп – прим. ред.) и способности рентгеновских лучей проникать сквозь затемняющее облако, мы, полагаем, наконец-то добились успеха".

Подобные объекты находили и раньше, но нынешнее открытие ставит рекорд по древности. Обнаруженная чёрная дыра уже существовала через 850 миллионов лет после Большого взрыва (произошедшего, напомним, 13,8 миллиарда лет назад). Таким образом, возраст Вселенной тогда составлял чуть больше 6% от нынешнего. Предыдущий рекорд был за чёрной дырой, существовавшей спустя 1,3 миллиарда лет после Большого взрыва.

Открытие было сделано случайно. Астрономы наблюдали в рентгеновский телескоп Chandra десять квазаров, открытых оптическим телескопом Pan-STARRS.

Поскольку окружающие их облака уже стали настолько тонкими, что через них проходит видимый свет, астрономы ожидали, что рентгеновское излучение тем более проникнет сквозь них. Так оно и оказалось для всех квазаров, кроме PSO167-13.

От этого объекта за 16 часов наблюдений удалось поймать лишь три рентгеновских фотона, и все с необычно высокой энергией. Возник вопрос, почему их так мало и где же более низкоэнергетические кванты, которых должно быть намного больше.

Такая картина рентгеновского излучения характерна как раз для чёрных дыр, окутанных плотным облаком газа, поглощающего излучение. Вместо зрелого квазара исследователи вдруг увидели новорождённый.

"Это было полной неожиданностью, – признаётся соавтор работы Нил Брандт (Niel Brandt) из Университета Пенсильвании. – Мы как будто ожидали [увидеть] бабочку, а вместо этого увидели кокон. Ни один из остальных девяти квазаров, которые мы наблюдали, как мы и ожидали, не был скрыт [облаком газа]".

Но, если PSO167-13 окружён столь плотной завесой газа, что через неё с трудом пробиваются даже рентгеновские лучи, как астрономы смогли заметить его в видимом свете в телескоп Pan-STARRS?

Между этими двумя наблюдениями прошло всего три года. Астрономам непросто будет придумать реалистичный механизм, который мог бы за столь короткое время окутать яркий квазар газом и вернуть его в стадию "куколки".

Возможный ответ состоит в том, что зафиксированные рентгеновские фотоны испущены вообще не PSO167-13. По данным "Хаббла" и радиотелескопа ALMA, у этого объекта есть галактика-компаньон. Возможно, новорождённый квазар находится в её центре. В таком случае "сладкая парочка" претендует на ещё один рекорд: звание самого далёкого из известных двойных квазаров. Но это объяснение оставляет открытым вопрос, где же рентгеновское излучение самого PSO167-13.

Чтобы разобраться в ситуации, авторы планируют провести новые наблюдения на "Чандре". Они должны внести ясность, какой же из двух объектов испускает рентгеновские фотоны.