Гигантский джет замечен из черной дыры в ранней Вселенной

С помощью рентгеновской обсерватории Чандра астрономы обнаружили доказательства необычайно длинного джета из сверхмассивной черной дыры в ранней Вселенной.

Если это подтвердится, это будет самая далекая сверхмассивная черная дыра, джет которой обнаружен в рентгеновских лучах и исходит из галактики примерно в 12,7 миллиардах световых лет от Земли. Это может помочь объяснить, как самые большие черные дыры образовались в очень ранний период истории Вселенной.

Источником джета является квазар - быстрорастущая сверхмассивная черная дыра, названная PSO J352.4034-15.3373 (для краткости PJ352-15), которая находится в центре молодой галактики. Это один из двух самых мощных квазаров, обнаруженных с помощью радиоволн в первый миллиард лет после Большого взрыва, и он примерно в миллиард раз массивнее Солнца.

Как сверхмассивные черные дыры могут так быстро расти и достигать такой огромной массы в раннюю эпоху Вселенной? Сегодня это один из ключевых вопросов астрономии.

Несмотря на мощную гравитацию и устрашающую репутацию, черные дыры не обязательно притягивают все, что приближается к ним. Материал, вращающийся вокруг черной дыры в диске, должен потерять скорость и энергию, прежде чем он сможет упасть дальше внутрь и пересечь так называемый горизонт событий, точку невозврата. Магнитные поля могут вызывать эффект торможения на диске, поскольку они приводят в действие джет, что является одним из ключевых способов потери энергии материалом в диске и, следовательно, увеличения скорости роста черных дыр.

«Если карусель на детской площадке движется слишком быстро, ребенку будет трудно двигаться к центру, поэтому кому-то или чему-то нужно замедлить движение», - сказал Томас Коннор из Лаборатории реактивного движения НАСА (JPL) в Пасадене, который руководил исследованием. «Мы думаем, что вокруг сверхмассивных черных дыр джеты могут забирать достаточно энергии, чтобы материал мог упасть внутрь, а черная дыра могла расти».

Астрономам нужно было наблюдать за PJ352-15 в течение трех дней, используя острое зрение Чандры, чтобы обнаружить следы рентгеновского излучения. Рентгеновское излучение было обнаружено на расстоянии около 160 000 световых лет от квазара в том же направлении, что и более короткие джеты, наблюдаемые в радиоволнах. Для сравнения, весь Млечный Путь охватывает около 100 000 световых лет.

PJ352-15 устанавливает несколько астрономических рекордов. Во-первых, самый длинный джет - наблюдавшийся ранее в течение первого миллиарда лет после Большого взрыва был в длину всего около 5000 световых лет, что соответствует радионаблюдениям PJ352-15. Во-вторых, PJ352-15 находится примерно на 300 миллионов световых лет дальше, чем самый далекий рентгеновский джет, зарегистрированный до него.

«Длина джета значительна, и это означает, что сверхмассивная черная дыра, питающая его, росла в течение большого периода времени», - сказал соавтор Эдуардо Банядос из Института астрономии Макса Планка (MPIA) в Германии. «Этот результат подчеркивает, как рентгеновские исследования далеких квазаров предоставляют важный способ изучения роста самых далеких сверхмассивных черных дыр».

Свет этого джета был испущен, когда Вселенной было всего 0,98 миллиарда лет, что составляет менее одной десятой ее нынешнего возраста. В этот момент интенсивность космического микроволнового фонового излучения (CMB), оставшегося после Большого взрыва, была намного больше, чем сегодня.

Когда электроны в джете улетают от черной дыры со скоростью, близкой к скорости света, они движутся и сталкиваются с фотонами, составляющими реликтовое излучение, повышая энергию фотонов до рентгеновского диапазона, который может быть обнаружен с помощью Чандры. В этом случае яркость рентгеновских лучей значительно выше, чем у радиоволн.

«Наш результат показывает, что рентгеновские наблюдения могут быть одним из лучших способов изучения квазаров с джетами в ранней Вселенной», - сказал соавтор Дэниел Стерн, также из JPL. «Или, другими словами, рентгеновские наблюдения в будущем могут стать ключом к раскрытию секретов нашего космического прошлого».

Статья была принята к публикации в The Astrophysical Journal.