Астрономы разглядели первые квазары

Используя данные телескопа Субару на Гавайях и космического телескопа Джеймса Уэбба, большая международная группа исследователей смогла изучить две квазарные галактики в ранней Вселенной, чтобы узнать больше об этом загадочном периоде в истории всего сущего. Исследование было опубликовано в журнале Nature.

«Мы впервые видим галактики-хозяева из столь ранней эпохи Вселенной. Это стало возможным только благодаря глубоким обзорам Уэбба, которые позволяют нам моделировать и вычитать свет от квазара, чтобы выявить галактику-хозяина», — объясняет астроном Чиен-Хсиу Ли из обсерватории имени В. М. Кека. «Мы уже видели квазары такого возраста ранее, но они были настолько яркими, что их свет невозможно было вычесть, чтобы выявить галактику-хозяина».

Сами чёрные дыры не излучают никакого света, который мы можем обнаружить в настоящее время. Они, собственно, этим и знамениты. Но активная чёрная дыра — это несколько иное дело. Активная чёрная дыра — это та, в окрестностях которой достаточно материала для питания. Этот материал вращается вокруг чёрной дыры, нагреваясь до миллионов градусов под действием трения и гравитации, поэтому он светится во всем электромагнитном спектре.

В квазаре так много материала, что он светит чрезвычайно ярко. Именно поэтому мы можем видеть их свечение с периода, охватывающего первый миллиард лет после Большого взрыва. Даже там они ещё относительно слабы; вы никогда не увидите квазар этой космической зари невооружённым глазом или в телескоп на заднем дворе, но в последние годы наши мощные телескопы обнаруживают их всё чаще.

В связи с этим возникают самые разные вопросы, например: как возникли сверхмассивные чёрные дыры такого размера так скоро после Большого взрыва? Каково их галактическое окружение? В первом вопросе мы все ещё немного блуждаем, но на второй мы наконец-то получаем ответы.

Две квазарные галактики называются HSC J2236+0032 и HSC J2255+0251, и мы наблюдаем их примерно через 860 миллионов лет после Большого взрыва. Они были обнаружены в ходе исследования, проведённого с помощью Subaru, а для их более детального изучения был привлечён Уэбб.

Симуляция сверхмассивной чёрной дыры в VR

Сверхмассивные чёрные дыры в центрах этих двух квазарных галактик превышают массу Солнца в 1,4 миллиарда и 200 миллионов раз соответственно. Это позволяет наложить ограничения на количество света, генерируемого деятельностью чёрной дыры, поскольку существует предел скорости, с которой чёрная дыра может питаться.

Исследователи вычли этот свет из наблюдений Уэбба, в результате чего у них остался свет, генерируемый галактиками-хозяевами: свет их звёзд. Но самое главное, свет галактик позволил исследователям вычислить их массу — 130 миллиардов и 30 миллиардов солнечных масс соответственно.

Это очень важно, поскольку говорит нам о том, чего мы не знали о галактиках ранней Вселенной. Массы сверхмассивных чёрных дыр и их галактик в близлежащей Вселенной связаны между собой. Если известна масса чёрной дыры, можно предсказать массу галактики вокруг неё, и наоборот, даже для небольших галактик.

Мы не знаем точно, почему так происходит, является ли это каким-то свойством чёрной дыры, ограничивающим рост галактик после определённого момента, или галактики и сверхмассивные чёрные дыры растут вместе, но обнаружение чёрных дыр в ранней Вселенной может дать нам некоторые подсказки.

J2236+0032 и J2255+0251 соответствовали этому соотношению масс между сверхмассивной чёрной дырой и её галактикой. Это позволяет предположить, что такое соотношение уже существовало, когда родились первые сверхмассивные чёрные дыры. И это даёт астрономам новую опору для моделирования ранней эволюции Вселенной, чтобы понять, как все разворачивалось во время космического рассвета.

Верно ли это для всех галактик ранней Вселенной, ещё предстоит выяснить. Две галактики — не слишком большая выборка, поэтому исследователи уже забронировали больше времени для наблюдений на Уэббе и надеются узнать больше о том, как формировались первые галактики.

«Продолжающиеся наблюдения Уэбба дадут нам значительно большую выборку, — пишут они в своей статье, — что позволит нам лучше ограничить модели взаимной эволюции чёрных дыр и звёздных популяций в галактиках»