Авторы и права: НАСА, ЕКА, Джозеф Олмстед (STScI)
Заглянув вглубь зарождения Вселенной, Очень Большой Телескоп (VLT) Европейской Южной Обсерватории недавно подтвердил открытие самого яркого и быстрорастущего квазара. Квазары — это светящиеся объекты в ночном небе, питаемые газом, падающим в большую черную дыру в центре галактики.
Открытие этого рекордного объекта было достаточно захватывающим. Но еще одним важным аспектом этого объявления является то, что оно поднимает большие вопросы о формировании галактик в ранней Вселенной. В частности, остается загадкой, как этот квазар, существовавший менее чем через два миллиарда лет после Большого взрыва, мог так быстро вырасти до таких размеров. Исследование этой загадки может даже привести к переосмыслению того, как возникли галактики.
Черные дыры, самые плотные объекты во Вселенной, получили это название потому, что их гравитационное притяжение настолько невероятно сильное, что даже свет не может ускользнуть от их хватки. Как же тогда черная дыра может быть источником такого интенсивного источника света?
Что ж, в некоторых галактиках, где черная дыра достаточно велика, материя притягивается с невероятно высокой скоростью. По мере того, как он движется по спирали, сильные столкновения между газами, пылью и звездами приводят к излучению огромного количества световой энергии. Чем больше черная дыра, тем сильнее столкновения и тем больше света излучается.
Квазар, ставший предметом последнего исследования, известный как J0529-4351, имеет массу, эквивалентную 17 миллиардам солнц, и невероятно велик. В центре галактики находится спиральный диск материи шириной семь световых лет, и черная дыра растет за счет аккреции (накопления) этой материи. Ширина диска сравнима с расстоянием между Землей и следующей ближайшей звездной системой — Альфой Центавра.
Скрытие на виду
Черная дыра быстро растет, поглощая рекордное количество массы, эквивалентное одному Солнцу каждый день. Эта интенсивная аккреция материи высвобождает количество лучистой энергии, эквивалентное квадриллиону (тысяче триллионов) солнц.
Возникает вопрос, почему столь яркий объект только что был обнаружен в ночном небе, несмотря на десятилетия астрономических наблюдений. Оказывается, этот хитрый квазар прятался на виду.
Несмотря на свою удивительную яркость, J0529-4351 находится очень далеко, а это означает, что он легко сливается с морем более тусклых звезд, лежащих гораздо ближе к Земле. На самом деле, этот квазар находится так далеко, что излучаемому им свету требуется целых 12 миллиардов лет, чтобы достичь нас здесь, на Земле.
Возраст Вселенной составляет около 13,7 миллиардов лет. Итак, этот квазар существовал всего через 1,7 миллиарда лет после Большого взрыва, в начале Вселенной.
Расширение Вселенной после Большого взрыва позволяет нам измерить расстояние до этого квазара и, следовательно, его возраст. Давно известная простая формула, называемая законом Хаббла, гласит, что знание скорости, с которой объект удаляется от нас, позволяет нам рассчитать, насколько далеко он находится.
Столкновения, которые происходят, когда вещество по спирали попадает в черную дыру этого квазара, поднимают ее температуру до палящих 10 000°C. В этих условиях атомы системы излучают характерный спектр света.
Эти дискретные частоты света образуют своего рода штрих-код, который астрономы могут использовать для определения элементного состава объектов в ночном небе. Когда объект, излучающий свет, удаляется от нас, частота наблюдаемого света претерпевает сдвиг, подобно тому, как меняется звуковая частота сирены скорой помощи в зависимости от того, едет ли он к вам или от вас.
Это смещение, наблюдаемое в астрономических объектах, известно как красное смещение. Это, наряду с законом Хаббла, позволило подтвердить возраст и расстояние (оба эти свойства связаны в космологии) J0529-4351.
Этот яркий маяк ранней Вселенной поднял важный вопрос, который сбивает с толку астрономов: как могла эта черная дыра за такой относительно короткий период времени так быстро вырасти в такой массивный объект? Согласно общепринятым моделям ранней Вселенной, ей должно было потребоваться больше времени, чтобы вырасти до таких размеров.
Более того, настроив модели искусственного интеллекта (ИИ), используемые для сканирования данных телескопа в поисках этих необычных объектов, в ближайшие годы можно будет найти еще больше. Если они будут напоминать J0529-4351, физикам придется серьезно переосмыслить свои модели формирования ранней Вселенной и галактик.
Самая быстрорастущая черная дыра, когда-либо наблюдавшаяся, станет идеальной целью для системы под названием Gravity+, предстоящей модернизации инструмента Очень Большого Телескопа, называемого интерферометром. Этот интерферометр представляет собой гениальный способ объединения данных с четырех отдельных телескопов, которые фактически составляют VLT.
Gravity+ предназначен для точного измерения скорости вращения и массы черных дыр, особенно тех, которые находятся далеко от Земли.
Кроме того, в чилийской пустыне Атакама в настоящее время строится Чрезвычайно Большой Телескоп Европейской Южной Обсерватории, телескоп-рефлектор диаметром 39 метров. Он предназначен для обнаружения оптических и ближних инфракрасных волн, характерных для далеких квазаров, и сделает идентификацию и характеристику таких неуловимых объектов еще более вероятной в будущем.
Информация от: Разговором
