Оно выглядит как далекое кольцо с тремя сверкающими драгоценностями, но последнее изображение, полученное телескопом Уэбб (JWST), на самом деле представляет собой вид далекого квазара, сгруппированного в соседней эллиптической галактике. Прибор среднего инфракрасного диапазона телескопа (MIRI) наблюдал это слабое явление в рамках изучения темной материи и ее распределения во Вселенной.
Мы можем наблюдать это призрачное видение благодаря эффектам гравитационного линзирования квазара. Эти эффекты линзирования образуют один из крупнейших естественных телескопов в природе. Они используют гравитационное воздействие материи, чтобы искривить пространство. Вся материя делает это, но более крупные ее скопления делают это еще сильнее. Например, скопления галактик и их ансамбли из звезд, планет, газовых облаков, черных дыр и темной материи довольно сильно искривляют пространство. То же самое относится и к одной галактике.
Когда это происходит, путь света от более удаленных объектов вокруг (или через) объектива также искажается. Линза увеличивает изображение удаленных объектов, находящихся между нами и массой линзы. Благодаря гравитационному линзированию астрономы часто получают захватывающие виды объектов, которые в противном случае были бы слишком темными или слишком далекими для детального изучения.
Вид через линзу далекого квазара
Далекий квазар RX J1131-1231, который JWST запечатлел на этом изображении, расположен примерно в шести миллиардах световых лет от Земли. Астрономы знают, что в центре галактики находится сверхмассивная черная дыра. Он излучает высокоэнергетические рентгеновские лучи, которые были обнаружены рентгеновской обсерваторией Чандра и орбитальным телескопом XMM-Ньютон. Космический телескоп Хаббл также наблюдал этот жутковатый объект.
Эти рентгеновские лучи сообщают астрономам, что в галактике происходит что-то очень энергичное, поэтому ее часто называют квазаром. Рентгеновское излучение создается перегретым аккреционным диском и в конечном итоге отражается от внутреннего края диска. Астрономы могут записать спектр этих отраженных рентгеновских излучений, но должны учитывать, что на них влияет сильное гравитационное притяжение черной дыры. Чем больше изменение спектра, тем ближе внутренний край диска к черной дыре. В этом случае выбросы происходят из региона, радиус которого всего в три раза превышает горизонт событий. Это говорит о том, что черная дыра вращается очень и очень быстро — вдвое быстрее скорости света.
Наблюдение JWST линзовидного квазара в среднем инфракрасном диапазоне позволяет астрономам изучать область вокруг его центра. Они должны быть в состоянии выяснить детали распределения материи в этом регионе, что должно помочь им понять распределение там темной материи.
Картирование истории черной дыры
У центральной сверхмассивной черной дыры в сердце квазара RX J1131-1231 есть своя история. Рентгеновское излучение аккреционного диска дает представление о том, как быстро эта черная дыра росла с течением времени и как она сформировалась. Существует несколько основных теорий о росте черных дыр. Мы знаем, что звездные массы возникают в результате гибели сверхмассивных звезд. Они взрываются как сверхновые. То, что осталось, коллапсирует, создавая черную дыру.
Однако сверхмассивные черные дыры в центрах галактик, вероятно, формируются одним из двух способов. Они могли образоваться в результате накопления материала в течение длительных периодов времени во время столкновений и слияний галактик. Когда это происходит, растущая черная дыра собирает материал в стабильный диск. Если он будет постоянно получать новый материал с диска, это должно привести к быстро вращающейся черной дыре. С другой стороны, если бы черная дыра росла за счет множества небольших эпизодов аккреции, ее питание поступало бы со случайных направлений, а скорость ее вращения была бы медленнее.
Так какова же история яркого сверхмассивного монстра, лежащего в основе RX J1131-1231? Все наблюдения до сих пор показывают быстро вращающуюся черную дыру. Это означает, что он, вероятно, вырос за счет слияний и столкновений. Дальнейшие наблюдения за его энергетической активностью должны помочь астрономам проникнуть глубже во Вселенную и увидеть объекты в более ранние эпохи космического времени. Вклад JWST помогает им использовать гравитационное линзирование для открытия этих вещей. В то же время они могут составить карту распределения темной материи, которая помогает Вселенной создавать эти естественные увеличительные стекла.
Для получения дополнительной информации
Уэбб восхищается кольцом с драгоценными камнями
Далекий квазар RX J1131
RX J1131-1231: Чандра и XMM-Ньютон позволяют напрямую измерять вращение далеких черных дыр.
