|
Самый древний мерцающий квазар
|
|
|
|
Сверхмассивная чёрная дыра находится в центре каждой галактики, включая Млечный Путь. Когда чёрная дыра активна, она притягивает вещество в виде водоворота высокотемпературного газа и пыли. По мере того, как это космическое вещество накапливается и падает на чёрную дыру, она освещает её окрестности, излучая огромное количество энергии.
|
|
|
|
Самые энергичные сверхмассивные чёрные дыры известны как квазары, и они являются одними из самых активных и ярких объектов во Вселенной. Эти прожорливые системы поглощают так много вещества, что излучаемая ими энергия может затмевать весь свет в окружающей галактике. Картина света от квазара может дать учёным подсказки о том, как активные сверхмассивные чёрные дыры формируют окружающие их галактики.
|
|
|
|
Теперь астрономы из Массачусетского технологического института и других учреждений обнаружили мерцающий квазар из самой ранней Вселенной. Ученые проследили происхождение света от квазара до «космического рассвета», всего через 850 миллионов лет после Большого взрыва. Это открытие представляет собой самый ранний из обнаруженных на сегодняшний день мерцающих квазаров.
|
|
|
|
«Хотя в космическом рассвете было обнаружено множество квазаров, это первый раз, когда мы действительно увидели мерцание одного из них», — говорит Джин Леунг, научный сотрудник Института астрофизики и космических исследований Кавли при Массачусетском технологическом институте.
|
|
|
|
|
|
|
Мерцание квазара позволило исследователям определить, что, как ни удивительно, водоворот газа и пыли древнего квазара, известный как аккреционный диск, напоминал плоский блин, похожий по форме на более современные квазары.
|
|
|
|
Их открытия дополняют давнюю загадку космологии: почему сверхмассивные черные дыры существуют так рано в истории Вселенной? Физики предполагали, что плоский аккреционный диск отражает относительно зрелую черную дыру, находящуюся в спокойном и стабильном состоянии. Черные дыры, находящиеся на начальной стадии формирования, как, например, в самой ранней Вселенной, должны представлять собой более нестабильные системы с аккреционными дисками, которые выглядят более раздутыми и хаотичными.
|
|
|
|
Плоский аккреционный диск вокруг этого очень раннего квазара усиливает загадку того, как сверхмассивные черные дыры могут расти и созревать за очень короткий промежуток космического времени.
|
|
|
|
«Я думаю, это говорит о том, что все хаотичные, очень быстрые фазы роста, которые, как мы ожидаем, проходят все черные дыры в какой-то момент, происходят очень, очень рано, до того, как мы увидим их в виде этих очень ярких светящихся квазаров», — говорит Анна-Кристина Эйлерс, доцент физики в Массачусетском технологическом институте.
|
|
|
|
«Именно такая картина вырисовывается».
|
|
|
|
Эйлерс, Леунг и их коллеги сообщают о своих результатах в статье, опубликованной сегодня в журнале Nature Astronomy. В число их соавторов входят сотрудники Института Кавли Массачусетского технологического института и ряда других учреждений.
|
|
За булавочным уколом
|
|
|
|
Сверхмассивная черная дыра может быть в миллиарды раз массивнее Солнца. Эти гравитационные гиганты являются центральными «двигателями» большинства галактик, помогая регулировать звездообразование и рост галактики.
|
|
|
|
«Без сверхмассивных черных дыр ни одна галактика не выглядела бы так, как сегодня», — говорит Эйлерс.
|
|
|
|
«Черные дыры играют важную роль в формировании галактических экосистем».
|
|
|
|
Долгое время считалось, что для формирования и созревания первых галактик требуется более миллиарда лет, поэтому ученые не ожидали увидеть сверхмассивные черные дыры в самой ранней Вселенной. Но наблюдения, начавшиеся с начала 2000-х годов, показали обратное. Ученые обнаружили более 200 сверхмассивных черных дыр за первый миллиард лет существования Вселенной. Такие объекты были обнаружены, потому что они находились в чрезвычайно активной фазе квазара, испуская огромные потоки излучения, которые можно было наблюдать с Земли, находящейся на расстоянии 13 миллиардов световых лет.
|
|
|
|
Эти самые ранние квазары наблюдались как крошечные светящиеся точки, которые свидетельствуют о существовании сверхмассивной чёрной дыры на ранних этапах. Но по этим ярким и далёким точкам учёные не могут узнать много нового о чёрных дырах и их космической среде зарождения. Для этого им нужно зафиксировать «мерцание» квазара.
|
|
|
|
«Людям известно, что квазары в ближайшей Вселенной могут мерцать», — говорит Люн.
|
|
|
|
«Мерцание возникает из-за флуктуаций в способе поступления газа в чёрную дыру. А то, как мерцает квазар, говорит нам кое-что о структуре аккреционного диска чёрной дыры и о том, какие «куски» чёрная дыра «съедает».
|
|
|
|
Леунг и Эйлерс пытались обнаружить мерцающий квазар из ранней Вселенной, надеясь узнать больше о форме и структуре самых ранних сверхмассивных черных дыр. Это представляло собой техническую проблему: чем дальше во времени и пространстве находится объект, тем сильнее искажается его свет. Этот эффект обусловлен расширяющейся Вселенной, которая фактически растягивает, или «красносмещает», свет в сторону более красных, длинных волн. Такое же растяжение происходит и во времени: любое мерцание, происходящее естественным образом в течение нескольких недель, например, будет выглядеть растянутым, мерцая лишь раз в несколько месяцев, если наблюдать за ним с расстояния в миллиарды световых лет.
|
|
|
|
Чтобы обнаружить мерцающий квазар из космической зари, команде нужно было наблюдать далёкую Вселенную в более красных диапазонах длин волн, а именно в инфракрасном спектре, и в течение длительных периодов времени, исчисляющихся многими годами.
|
|
|
|
«Это была техническая задача, которую нам пришлось преодолеть», — говорит Эйлерс.
|
|
|
|
«Нам нужны были данные в более длинных, инфракрасных диапазонах длин волн, полученные многократно в течение очень длительных периодов времени».
|
|
|
|
В итоге команда обнаружила мерцание в данных, собранных миссией НАСА NEOWISE (Near-Earth Object Wide-field Infrared Survey Explorer) — космическим инфракрасным телескопом, который сканировал всё небо в течение примерно 14 лет. Бывший научный сотрудник Массачусетского технологического института Кишалай Де, ныне преподаватель Колумбийского университета, запустил проект по переработке архивных данных NEOWISE. На основе переработанных данных команда обнаружила сигнал, появившийся всего через 850 миллионов лет после Большого взрыва, который был подтвержден как самый ранний мерцающий квазар.
|
|
|
|
«Мы наблюдали случайное мерцание квазара в течение 14 лет, подобно тому, как пламя свечи мерцает без определенного порядка», — отмечает Леунг.
|
|
|
|
По оценкам исследователей, квазар светит с яркостью, сравнимой с 12 триллионами солнц, и мерцает примерно на 20%, то есть его яркость колеблется в пределах примерно 2 триллионов солнц.
|
|
|
|
Исследователи также отслеживали мерцание света квазара в диапазоне нескольких различных длин волн. Длина волны света отражает определенную температуру излучающего вещества. Чем ближе вещество к черной дыре, тем оно горячее. Таким образом, исследователи могут использовать длины волн света для картирования формы и структуры вещества внутри аккреционного диска вокруг черной дыры.
|
|
|
|
Используя данные NEOWISE, команда проанализировала мерцание квазара, чтобы определить форму аккреционного диска, окружающего центральную сверхмассивную черную дыру. Они обнаружили, что диск удивительно тонкий и плоский — структура, которую астрономы чаще всего наблюдают вокруг близлежащих, более старых черных дыр, у которых было гораздо больше времени для стабилизации и созревания.
|
|
|
|
«Это дает прямые доказательства того, что те же процессы питания и структуры, которые наблюдаются в ближайшей Вселенной, существовали уже на очень ранних этапах, несмотря на совершенно иные космические условия, которые ранее никогда не наблюдались», — говорит Эйлерс.
|
|
|
|
«Это означает, что нечто произошло еще раньше, что привело к тому, что эти системы выглядят такими зрелыми», — добавляет Леунг.
|
|
|
|
Команда надеется заглянуть еще дальше в прошлое, чтобы зафиксировать раннее, преждевременное развитие квазара. Тогда ученые смогут начать восстанавливать условия, которые привели к образованию первых сверхмассивных черных дыр.
|
|
|
|
Источник
|
