Астрономы обнаружили 83 сверхмассивные черные дыры в ранней Вселенной

Астрономы из Японии, Тайваня и Принстонского университета обнаружили 83 квазара, питающихся сверхмассивными черными дырами в далекой Вселенной, с тех пор, когда Вселенная имела менее 10 процентов от его современного возраста.

Об этом говорится в пресс-релизе Принстонского университета.

"Примечательно, что такие массивные плотные объекты смогли сформироваться так скоро после Большого взрыва, - отметил Майкл Штраус, профессор астрофизических наук в Принстонском университете, являющийся одним из соавторов исследования. - Понимание того, как черные дыры могут образовываться в ранней Вселенной, и то, насколько они распространены, является вызовом для наших космологических моделей".

Это открытие значительно увеличивает количество черных дыр, известных в ту эпоху, и впервые показывает, насколько распространенными они были на ранних этапах истории Вселенной. Кроме того, открытие дает новое представление о влиянии черных дыр на физическое состояние газа в ранней Вселенной в ее первый миллиард лет. Исследование опубликовано в серии из пяти статей в "Астрофизическом журнале" и в "Публикациях астрономической обсерватории Японии".

Свет от одного из самых отдаленных известных квазаров, питающегося от сверхмассивной черной дыры, которая находится на расстоянии 13,05 миллиардов световых лет от Земли. Изображение было получено с помощью Hyper Suprime-Cam (HSC), установленного на телескопе Subaru. Другие объекты в области - это в основном звезды в нашем Млечном Пути или галактики вдоль прямой видимости. Изображение: Национальная астрономическая обсерватория Японии.

Сверхмассивные черные дыры, обнаруженные в центрах галактик, могут быть в миллионы или даже миллиарды раз более массивными, чем Солнце. Хотя сегодня они являются распространенными, непонятно, когда они впервые образовались, и сколько их было в далекой ранней Вселенной. Сверхмассивная черная дыра становится видимой, когда она обрастает газом, заставляя его блестеть как "квазар". Предыдущие исследования касались только очень редких, наиболее светимых квазаров и, соответственно, наиболее массивных черных дыр. Новые исследования касаются популяции слабых квазаров, питающихся черными дырами с массами, сравнимыми с большинством черных дыр, наблюдаемых в современном вселенной.

Видение художником квазара. В центре расположена сверхмассивная черная дыра, а гравитационная энергия материала, которым обрастает черная дыра, выпускается как свет. Изображение: Yoshiki Matsuoka.

Исследовательская группа использовала данные, полученные с помощью современного инструмента «Hyper Suprime-Cam» (HSC), установленного на телескопе Subaru Национальной астрономической обсерватории Японии, который расположен на вершине горы Маунакеа на Гавайях. HSC имеет гигантское поле обзора - 1,77 градуса, или в семь раз больше площади полнолуния, - он установлен на одном из крупнейших телескопов мира. Команда HSC проводит обзор неба в течение 300 ночей телескопического времени, распределенного на пять лет.

Группа выбрала кандидатов на отдаленные квазары из данных чувствительного обзора HSC. Затем они провели интенсивную наблюдательный кампанию для получения спектров этих кандидатов, используя три телескопа: Subaru, Gran Telescopio Canarias на острове Ла-Пальма на Канарских островах в Испании и Южный телескоп Gemini в Чили. Осмотр выявил 83 ранее неизвестные очень далеки квазары. Вместе с 17 квазарами, уже известными в регионе исследования, исследователи обнаружили, что существует примерно одна сверхмассивная черная дыра на кубический гига-световой год - то есть, если вы разделите Вселенную на мнимые кубы, на каждую из сторон из которых приходится по миллиарду световых лет, то каждый куб будет содержать одну сверхмассивную черную дыру.

100 квазаров, идентифицированных с данных HSC. Первые семь строк показывают 83 недавно открытых квазаров, а две нижние строки представляют 17 ранее известных квазаров в зоне исследования. Они кажутся очень красными из-за космического расширения и поглощения света в межгалактическом пространстве. Изображение: Национальная астрономическая обсерватория Японии.

Квазары в этом исследовании находятся на расстоянии 13 млрд световых лет от Земли; другими словами, мы видим их, как они существовали 13 млрд лет назад. Поскольку Большой взрыв произошел 13,8 миллиарда лет назад, мы фактически оглядываемся во времени, наблюдая как эти квазары и сверхмассивные черные дыры появились только после 800 миллионов лет после создания (известной) Вселенной.

Общепризнанно, что водород во Вселенной был когда-то нейтральным, но был "реионизированным" - разделенным на составляющие протоны и электроны - примерно в то время, когда первые поколения звезд, галактик и сверхмассивных черных дыр родились несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва. Это веха космической истории, но астрономы до сих пор не знают, что дало невероятное количество энергии, необходимое для реионизации. Убедительная гипотеза предполагает, что в ранней Вселенной было гораздо больше квазаров, чем их выявлено, и именно их интегральное излучение реионизировало Вселенную.

"Однако, количество квазаров, которые мы наблюдали, показывает, что это не так, - объяснил Роберт Луптон, выпускник Принстона, старший научный сотрудник в области астрофизических наук. - Число выявленных квазаров значительно меньше, чем нужно для объяснения реионизации". Поэтому реионизация была вызвана другим источником энергии, скорее всего, многочисленными галактиками, которые начали формироваться в молодой Вселенной.

Данное исследование стало возможным благодаря ведущим в мире возможностям телескопа Subaru и инструмента HSC. "Квазары, которые мы обнаружили, будут интересной темой для дальнейших наблюдений с текущими и будущими возможностями, - сказал Йошико Мацуока, бывший научный сотрудник Принстона, а сейчас в Университете Эхимэ в Японии. - Мы также узнаем о формировании и ранней эволюции сверхмассивных черных дыр, путем сравнения измеренных значений плотности и распределения светимости с прогнозами теоретических моделей".

Основываясь на достигнутых на данный момент результатах, команда с нетерпением ждет на выявление еще более отдаленных черных дыр и открытие самой первой сверхмассивной черной дыры во Вселенной.

Читайте интересные новости о космосе в этом разделе сайта OstanniPodii.