Астрономы обнаружили самый далекий квазар во Вселенной

Международная группа астрономов открыла самый ранний и далекий квазар во Вселенной, полностью сформировавшийся уже через 670 миллионов лет после Большого взрыва. Результаты исследования опубликованы в журнале Astrophysical Journal Letters.

Квазар, получивший название J0313-1806, находится на расстоянии более 13 миллиардов световых лет от Земли. Питаемый сверхмассивной черной дырой, он более чем в 1,6 миллиарда раз массивнее Солнца и более чем в 1000 раз ярче, чем вся наша галактика Млечный Путь.

Для определения точного расстояния до квазара ученые использовали комплекс радиотелескопов ALMA в чилийской пустыне Атакама, 6,5-метровый телескоп Magellan Baade в Обсерватории Лас-Кампанас в Чили, телескопы Gemini в Чили и на Гавайах, а также обсерваторию WM Keck на Гавайях.

Квазары возникают, когда мощная гравитация сверхмассивной черной дыры в ядре галактики втягивает окружающий материал, который формирует вращающийся вокруг дыры диск. При этом высвобождается огромное количество энергии. Это делает квазар настолько ярким, что он часто затмевает остальную часть галактики.

Астрономы и раньше наблюдали подобные явления, но никогда не видели, как взаимодействовали квазары с черными дырами в ранней Вселенной. Кроме того, черная дыра в ядре J0313-1806 вдвое массивнее, чем у предыдущего рекордсмена, и это дает астрономам ценную информацию о влиянии таких сверхмассивных черных дыр на их родительские галактики.

"Это самое раннее свидетельство того, как сверхмассивная черная дыра влияет на галактику вокруг нее, — приводятся в пресс-релизе Национальной радиоастрономической обсерватории (NRAO) слова руководителя исследования Вана Фейге (Feige Wang) из обсерватории Стюарда Аризонского университета. — Из наблюдений за менее далекими галактиками мы знаем, что должно произойти, но мы никогда не видели, чтобы это происходило так рано во Вселенной".

Столь раннее образование огромной черной дыры и квазара J0313-1806 исключает две из возможных гипотез образования таких объектов. В первой из этих моделей отдельные массивные звезды взрываются как сверхновые и коллапсируют в черные дыры, которые затем сливаются в более крупные черные дыры. Во втором случае плотные скопления звезд коллапсируют в массивную черную дыру. Однако в обоих случаях процесс занимает слишком много времени, чтобы через 670 миллионов лет после Большого взрыва успела образоваться черная дыра такой массы, как в J0313–1806.

"Это говорит о том, что эта черная дыра должны была образоваться с помощью другого механизма, — говорит еще один участник исследования Фан Сяохуэй (Xiaohui Fan) из Аризонского университета. — В данном случае это механизм, который включает огромное количество первичного холодного водородного газа, непосредственно схлопывающегося в зародыш черной дыры".

Поскольку для этого не требуются полноценные звезды в качестве исходного материала, это единственный механизм, который позволил бы сверхмассивной черной дыре квазара J0313-1806 вырасти до 1,6 миллиарда солнечных масс на столь раннем этапе существования Вселенной, считают исследователи.

По их расчетам, родительская галактика квазара должна была формировать звезды в 200 раз быстрее, чем наш Млечный Путь. Это указывает на то, что сама галактика росла очень быстро, а черная дыра в ее центре поглощала 25 солнечных масс каждый год.

Энергия, выделяемая при таком быстром питании, приводит в действие мощный поток ионизированного газа, который движется со скоростью примерно 20 процентов от скорости света. Такие мощные оттоки в конечном итоге должны были остановить звездообразование в галактике, отмечают авторы статьи.

"Мы думаем, что эти сверхмассивные черные дыры стали причиной того, что многие из больших галактик в какой-то момент перестали образовывать звезды, — объясняет Фан. — Мы наблюдали подобное "угасание" в более позднее время, но до сих пор мы не знали, когда этот процесс начался в истории Вселенной. Этот квазар — самое древнее свидетельством того, что угасание могло происходить в очень ранние времена".

Исследователи надеются узнать больше о далеких квазарах в ходе будущих наблюдений с помощью космического телескопа НАСА Джеймса Уэбба, запуск которого запланирован на 2021 год.