Группа европейских астрономов открыла самый далекий на сегодня квазар на расстоянии 12,9 миллиарда световых лет от нашей планеты, ученые «увидели» его таким, каким он был около 770 миллионов лет после Большого взрыва, статья с описанием квазара опубликована в среду в журнале Nature.
Согласно современным представлениям об устройстве галактик, их ядра содержат сверхмассивные черные дыры.
Они часто проявляют себя как квазары — сверхъяркие источники излучения, мощность которого превышает яркость нашей Галактики в десятки или сотни раз.
Свечение большинства квазаров обусловлено сильным трением и разогревом газа в аккреционном диске — облаке из материи, которая притягивается черной дырой. Благодаря высокой светимости квазары можно наблюдать на огромном удалении от Земли, что позволяет астрономам заглянуть в далекое прошлое нашей Вселенной.
Группа ученых под руководством Дэниеля Мортлока (Daniel Mortlock) из Имперского колледжа Лондона смогла обнаружить квазар ULAS J1120 при помощи телескопа VLT Европейской южной обсерватории (ESO) в Чили и гавайской обсерватории «Джемини» (Gemini North) на горе Мауна-Кеа.
Несмотря на свою высокую светимость — а ULAS J1120 ярче нашего Солнца примерно в 60 триллионов раз — его излучение практически невозможно зафиксировать оптическими телескопами из-за крайне высокого красного смещения (сдвиг спектральных линий химических элементов в красную, длинноволновую, сторону). Оно служит главным показателем расстояния до далеких космических объектов: чем смещение больше, тем объект дальше.
Красное смещение ULAS J1120 составило 7,1, это позволило астрономам оценить «дату рождения» квазара — он возник примерно через 770 миллионов лет после Большого взрыва.
Кроме того, ULAS J1120 крайне сложно увидеть при помощи радиотелескопов, так как на момент его появления межзвездное пространство было заполнено так называемым нейтральным водородом, который поглощал интенсивное ультрафиолетовое излучение, исходящее от квазаров и звезд.
Как выяснили ученые, масса огромной черной дыры, находящийся в центре ULAS J1120, больше массы Солнца в два миллиарда раз. По современным представлениям о скорости роста массы черных дыр, этот объект слишком «молод», чтобы успеть набрать такой «вес». Авторы статьи считают, что объяснить это несоответствие можно двумя способами: либо на момент возникновения квазара действовали иные закономерности образования подобных объектов, либо эта черная дыра образовалась в результате гравитационного коллапса гигантского газового облака массой в половину дыры.
Кроме того, спектральный анализ излучения ULAS J1120 и сопоставимых квазаров с меньшим красным смещением показал, что состав межзвездной материи кардинально поменялся за 100 миллионов лет, отделяющих данный объект от более близких квазаров. По оценкам ученых, во время образования ULAS J1120 Вселенную «населяло» гораздо больше нейтрального водорода, чем в последующие эпохи. Это привело к тому, что большая часть ультрафиолетового излучения, исходящего от квазара, расходовалась на разогрев и ионизацию холодных масс нейтрального водорода, окружавших ULAS J1120.
Астрономы отмечают, что высокое красное смещение нового объекта и отсутствие сопоставимых эмпирических данных не позволяют установить точное соотношение между нейтральным и ионизированным водородом в ту эпоху.
«Учитывая гипотетически существующую разницу в степени ионизации водорода в зависимости от точки наблюдения, необходимо найти больше источников света из этой эпохи. При этом следует учитывать, что, по современным оценкам их количество не превысит ста объектов, и поэтому ULAS J1120 достаточно долго будет одним из важнейших источников знаний о природе ранней Вселенной», — заключают ученые.