|
Обнаружили древние квазары неясного происхождения
|
|
|
|
Квазар - это чрезвычайно яркое ядро галактики, в центре которого находится активная сверхмассивная черная дыра. Когда черная дыра втягивает окружающий газ и пыль, она выделяет огромное количество энергии, что делает квазары одними из самых ярких объектов во Вселенной. Квазары были обнаружены уже через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва, и до сих пор оставалось загадкой, как эти объекты могли стать такими яркими и массивными за столь короткий промежуток космического времени.
|
|
|
|
Ученые предположили, что самые ранние квазары возникли из чрезмерно плотных областей первичной материи, которые также могли породить множество галактик меньшего размера в окружении квазаров. Но в новом исследовании, проведенном Массачусетским технологическим институтом, астрономы наблюдали несколько древних квазаров, которые, по-видимому, были удивительно одиноки в ранней Вселенной.
|
|
|
|
Астрономы использовали космический телескоп Джеймса Уэбба НАСА (JWST), чтобы заглянуть в прошлое более чем на 13 миллиардов лет и изучить космическое окружение пяти известных древних квазаров. Они обнаружили удивительное разнообразие в их окрестностях, или "полях квазаров". В то время как некоторые квазары находятся в очень густонаселенных областях с более чем 50 соседними галактиками, как предсказывают все модели, остальные квазары, по-видимому, дрейфуют в пустотах, и лишь несколько случайных галактик находятся поблизости от них.
|
|
|
|
|
|
|
Эти одинокие квазары бросают вызов физикам в понимании того, как такие светящиеся объекты могли образоваться так рано во Вселенной, не имея значительного источника окружающей материи, который подпитывал бы их рост как черных дыр.
|
|
|
|
"Вопреки распространенному мнению, мы обнаружили, что в среднем эти квазары не обязательно находятся в областях ранней Вселенной с самой высокой плотностью. Некоторые из них, похоже, находятся у черта на куличках", - говорит Анна-Кристина Эйлерс, доцент кафедры физики Массачусетского технологического института. "Трудно объяснить, как эти квазары могли вырасти до таких размеров, если им, по-видимому, нечем питаться".
|
|
|
|
Существует вероятность того, что эти квазары могут быть не такими одиночными, как кажется, а окружены галактиками, которые сильно окутаны пылью и поэтому скрыты от глаз. Эйлерс и ее коллеги надеются настроить свои наблюдения таким образом, чтобы попытаться увидеть сквозь любую такую космическую пыль, чтобы понять, как квазары стали такими большими и быстрыми в ранней Вселенной.
|
|
|
|
Эйлерс и ее коллеги сообщают о своих выводах в статье, опубликованной в журнале Astrophysical Journal. В число соавторов MIT входят постдоки Рохан Найду и Минхао Юэ; Роберт Симко, профессор физики Фрэнсиса Фридмана и директор Института астрофизики и космических исследований Кавли Массачусетского технологического института; и сотрудники из таких учреждений, как Лейденский университет, Калифорнийский университет в Санта-Барбаре, ETH Zurich и других.
|
|
Соседи по галактике
|
|
|
|
Пять недавно обнаруженных квазаров являются одними из старейших квазаров, наблюдаемых на сегодняшний день. Считается, что этим объектам более 13 миллиардов лет, и они сформировались через 600-700 миллионов лет после Большого взрыва. Сверхмассивные черные дыры, питающие квазары, в миллиард раз массивнее Солнца и более чем в триллион раз ярче. Благодаря своей исключительной яркости свет от каждого квазара способен преодолевать возраст Вселенной, достаточно далеко, чтобы достичь современных высокочувствительных детекторов JWST.
|
|
|
|
"Это просто феноменально, что теперь у нас есть телескоп, который может так детально фиксировать свет, излученный 13 миллиардов лет назад", - говорит Эйлерс. "Впервые JWST позволил нам взглянуть на окружающую среду этих квазаров, где они выросли и на что были похожи их окрестности".
|
|
|
|
Команда проанализировала снимки пяти древних квазаров, сделанные JWST в период с августа 2022 по июнь 2023 года. Наблюдения за каждым квазаром включали в себя несколько "мозаичных" изображений, или частичных видов поля зрения квазара, которые команда эффективно объединяла, чтобы получить полную картину окрестностей каждого квазара.
|
|
|
|
Телескоп также произвел измерения света на нескольких длинах волн в поле зрения каждого квазара, которые затем были обработаны командой, чтобы определить, является ли данный объект в поле зрения светом от соседней галактики и насколько далеко галактика находится от гораздо более яркого центрального квазара.
|
|
|
|
"Мы обнаружили, что единственное различие между этими пятью квазарами заключается в том, что их окружение выглядит совершенно по-разному", - говорит Эйлерс. "Например, вокруг одного квазара находится почти 50 галактик, в то время как вокруг другого всего две. И оба квазара находятся в пределах одного и того же размера, объема, яркости и времени существования Вселенной. Это было действительно удивительно видеть".
|
|
Всплески роста
|
|
|
|
Несоответствие в полях квазаров вносит коррективы в стандартную картину роста черных дыр и формирования галактик. Согласно наиболее точному пониманию физиками того, как возникли первые объекты во Вселенной, космическая паутина из темной материи должна была задать направление движения. Темная материя - это пока неизвестная форма материи, которая не взаимодействует со своим окружением иначе, как через гравитацию.
|
|
|
|
Считается, что вскоре после Большого взрыва в ранней Вселенной сформировались нити темной материи, которые действовали как своего рода гравитационная дорога, притягивая газ и пыль вдоль своих отростков. В чрезмерно плотных областях этой паутины материя могла накапливаться, образуя более массивные объекты. А самые яркие и массивные ранние объекты, такие как квазары, должны были образоваться в областях с самой высокой плотностью паутины, что также привело бы к образованию множества более мелких галактик.
|
|
|
|
"Космическая паутина темной материи является надежным предсказанием нашей космологической модели Вселенной, и ее можно подробно описать с помощью численного моделирования", - говорит соавтор Элиа Пиццати, аспирант Лейденского университета. "Сравнивая наши наблюдения с этими моделированиями, мы можем определить, где в космической паутине расположены квазары".
|
|
|
|
По оценкам ученых, квазары должны были непрерывно расти с очень высокими темпами аккреции, чтобы достичь экстремальных значений массы и светимости в то время, когда их наблюдали астрономы, менее чем через 1 миллиард лет после Большого взрыва.
|
|
|
|
"Главный вопрос, на который мы пытаемся ответить, заключается в том, как образовались эти черные дыры массой в миллиарды солнечных масс в то время, когда Вселенная еще очень, очень молода? Она все еще находится в зачаточном состоянии", - говорит Эйлерс.
|
|
|
|
Выводы команды могут вызвать больше вопросов, чем ответов. "Одинокие" квазары, по-видимому, обитают в относительно пустых областях космоса. Если космологические модели физиков верны, в этих пустынных областях очень мало темной материи, или исходного материала для образования звезд и галактик. Как же тогда появились чрезвычайно яркие и массивные квазары?
|
|
|
|
"Наши результаты показывают, что по-прежнему не хватает значительной части головоломки о том, как растут эти сверхмассивные черные дыры", - говорит Эйлерс. "Если вокруг недостаточно материала для того, чтобы некоторые квазары могли непрерывно расти, это означает, что должен быть какой-то другой способ их роста, который нам еще предстоит выяснить".
|
|
|
|
Источник
|
