Астрономи виявили пару компактних квазарів лише через 900 млн років після Великого вибуху

Вчені зазначають, що не існує теоретичного пояснення того, як пара чорних дір, що активно поглинають матерію, змогла досягти такої великої маси на такому ранньому етапі історії Всесвіту. Ця пара квазарів отримала гавайську назву «Наповаваа’енакаулуа».

Про відкриття повідомляє Національна дослідницька лабораторія оптичної та інфрачервоної астрономії (NOIRLab) Національного наукового фонду США, передають OstanniPodii.com.

Міжнародна група астрономів відкрила J1602+4228AB — найвіддаленішу, а отже, найстарішу компактну пару квазарів, яку коли-небудь виявляли у Всесвіті. Завдяки невеликій відстані між ними ця пара також є найкомпактнішою парою квазарів, виявленою в епоху раннього Всесвіту, відому як «космічний світанок». Хоча астрономи припускають, що пари квазарів є поширеним явищем, насправді виявити та отримати характеристики цих енергійних об’єктів вдається рідко. Ще рідше — знайти їх на такому ранньому етапі історії Всесвіту.

Дивовижна природа «Наповаваа’енакаулуа» була розкрита завдяки спостереженням за допомогою телескопа «Джеміні-Північ», розташованого на згаслому вулкані Маунакеа на Гаваях, та космічного телескопа Джеймса Вебба (JWST). Результати були представлені у статті, опублікованій у журналі «The Astrophysical Journal Letters».

Перший мільярд років космічного часу був періодом бурхливого формування: гало темної матерії колапсували, галактики запалили своє перше покоління зір, і масивні галактики утворили у своїх центрах найперші надмасивні чорні діри. У міру того, як галактики взаємодіяли, зіштовхувалися, а в деяких випадках повністю зливалися, їхні надмасивні чорні діри живилися великими обсягами газу та зірок. Частина цієї «акреційованої маси», отриманої в результаті живлення, перетворювалася на енергію, завдяки чому чорні діри ставали настільки яскравими, що затьмарювали всі зорі у своїх галактиках. Саме їх астрономи називають квазарами.

Вчені встановили, що взаємодії та злиття галактик — поширене явище у Всесвіті. Тому вони очікують знайти безліч пар квазарів, відстань між якими менша за типовий розмір галактики. Однак це виявилося складним з кількох причин: 1) «фаза квазара» надмасивної чорної діри є відносно короткою; 2) ці об’єкти знаходяться дуже далеко, тому вони тьмяні та їх важко виявити за допомогою наземних телескопів; 3) при таких малих відстанях окремі члени пари квазарів важко розрізнити.

І тут з’являється «Наповаваа’енакаулуа» — це не лише третя відома пара квазарів, виявлена на «космічному світанку», але й знайдена настільки рано в історії Всесвіту, що вчені не можуть пояснити, як вона виникла. Природа «Наповаваа’енакаулуа» (Nāpōwawāʻenakaulua) відображена в її назві, що перекладається як «Два небесні тіла незбагненної могутньої темряви у сяйві тепла, що перевтілює енергію у Всесвіт».

Ці небесні тіла розділяє відстань приблизно 18 100 світлових років, що становить приблизно одну п’яту діаметра Чумацького Шляху. Їхні маси становлять 1,5 мільярда та 400 мільйонів разів більше маси Сонця. Їхня відстань від нас вказує на те, що вони знаходяться лише на відстані 900 мільйонів років після Великого вибуху. У цей період перші зорі, галактики та чорні діри Всесвіту були ще відносно молодими. Тому надзвичайна маса «Наповаваа’енакаулуа» на цей час ставить під сумнів наше сучасне розуміння того, як формуються великомасштабні космічні структури.

«Немає остаточного теоретичного пояснення того, як хоча б один із цих гігантських квазарів міг існувати на такому ранньому етапі існування нашого Всесвіту, не кажучи вже про два», — каже Сільвія Онорато, наукова співробітниця-постдокторантка NOIRLab, яка очолювала дослідження. «Ми спостерігали Наповаваа’енакаулуа в той час, коли Всесвіт мав лише тринадцяту частину свого нинішнього віку, і, що дивно, його надмасивні чорні діри мають таку саму масу, як і ті, що ми бачимо сьогодні».

«Наповаваа’енакаулуа» виявили в даних обстеження «Ефір» (Aether) — програми JWST, спрямованої на складання переліку об’єктів у ранньому Всесвіті. За допомогою Блоку інтегрального поля Спектрографа ближнього інфрачервоного діапазону JWST у рамках обстеження астрономи зібрали вибірку з 200 квазарів, що становить 43 % усіх відомих квазарів на цьому етапі космічної історії. Саме під час візуального огляду набору даних «Ефір» команда зробила дивовижне відкриття: квазар J1602+4228A мав компаньйона.

Подальші спостереження за допомогою Ближньо-інфрачервоного спектрографа «Джеміні-Північ» дозволили команді розрізнити ці два квазари як окремі об’єкти. J1602+4228A та B розташовані настільки близько один до одного, а J1602+4228B є настільки тьмяним, що спостереження за ним із Землі мало б бути практично неможливим. Однак ідеальний час і бездоганні погодні умови на Маунакеа дозволили команді здійснити цей науковий подвиг. «Небо над Маунакеа було настільки чистим і прозорим, що нам вдалося зібрати дані лише за дві ночі», — каже Онорато. Додаткові спостереження за допомогою Багатооб’єктного спектрографа «Джеміні» дозволили ще точніше визначити властивості пари квазарів.

Хоча повна історія походження «Наповаваа’енакаулуа» залишається загадкою, команда припускає, що ця рідкісна пара квазарів може слугувати орієнтиром екстремального піка в полі щільності речовини раннього Всесвіту, де взаємодії галактик одночасно сприяли зореутворенню та швидкому зростанню чорних дір.

«Наповаваа’енакаулуа — це справді унікальне середовище», — каже Онорато. «Це лабораторія для астрономів, де вони можуть вивчати, як найперші масивні галактики та їхні центральні чорні діри утворилися в результаті безпосередніх взаємодій галактик у ті далекі часи».

• Квазари