Астрономы обнаружили пару компактных квазаров всего через 900 млн лет после Большого взрыва

Учёные отмечают, что не существует теоретического объяснения тому, как пара чёрных дыр, активно поглощающих материю, смогла достичь столь большой массы на столь раннем этапе истории Вселенной. Эта пара квазаров получила гавайское название «Наповаваа’енакаулуа».

Об открытии сообщает Национальная исследовательская лаборатория оптической и инфракрасной астрономии (NOIRLab) Национального научного фонда США, передают OstanniPodii.com.

Международная группа астрономов открыла J1602+4228AB — самую удаленную, а значит, самую древнюю компактную пару квазаров, когда-либо обнаруженную во Вселенной. Благодаря небольшому расстоянию между ними эта пара также является самой компактной парой квазаров, обнаруженной в эпоху ранней Вселенной, известной как «космический рассвет». Хотя астрономы предполагают, что пары квазаров являются распространенным явлением, на самом деле обнаружить и получить характеристики этих энергичных объектов удается редко. Ещё реже — обнаружить их на столь раннем этапе истории Вселенной.

Удивительная природа «Наповаваа’енакаулуа» была раскрыта благодаря наблюдениям с помощью телескопа «Джемини-Север», расположенного на потухшем вулкане Маунакеа на Гавайях, и космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST). Результаты были представлены в статье, опубликованной в журнале «The Astrophysical Journal Letters».

Первый миллиард лет космического времени был периодом бурного формирования: галло темной материи коллапсировали, галактики зажгли своё первое поколение звёзд, а массивные галактики образовали в своих центрах самые первые сверхмассивные чёрные дыры. По мере того как галактики взаимодействовали, сталкивались, а в некоторых случаях полностью сливалась, их сверхмассивные чёрные дыры питались большими объёмами газа и звёзд. Часть этой «аккрецированной массы», полученной в результате питания, преобразовывалась в энергию, благодаря чему чёрные дыры становились настолько яркими, что затмевали все звёзды в своих галактиках. Именно их астрономы называют квазарами.

Учёные установили, что взаимодействия и слияния галактик — распространённое явление во Вселенной. Поэтому они ожидают найти множество пар квазаров, расстояние между которыми меньше типичного размера галактики. Однако это оказалось сложной задачей по нескольким причинам: 1) «квазарная фаза» сверхмассивной чёрной дыры относительно коротка; 2) эти объекты находятся очень далеко, поэтому они тусклые и их трудно обнаружить с помощью наземных телескопов; 3) при таких малых расстояниях отдельные члены пары квазаров трудно различить.

И здесь появляется «Наповаваа’енакаулуа» — это не только третья известная пара квазаров, обнаруженная на «космическом рассвете», но и найденная настолько рано в истории Вселенной, что учёные не могут объяснить, как она возникла. Природа «Наповаваа’енакаулуа» (Nāpōwawāʻenakaulua) отражена в её названии, которое переводится как «Два небесных тела непостижимой могущественной тьмы в сиянии тепла, преобразующего энергию во Вселенную».

Эти небесные тела разделяет расстояние примерно в 18 100 световых лет, что составляет примерно одну пятую диаметра Млечного Пути. Их массы составляют 1,5 миллиарда и 400 миллионов раз больше массы Солнца. Их удаленность от нас указывает на то, что они находятся всего в 900 миллионах лет после Большого взрыва. В этот период первые звёзды, галактики и чёрные дыры Вселенной были ещё относительно молодыми. Поэтому необычайная масса «Наповаваа’енакаулуа» на данный момент ставит под сомнение наше современное понимание того, как формируются крупномасштабные космические структуры.

«Нет окончательного теоретического объяснения того, как хотя бы один из этих гигантских квазаров мог существовать на столь раннем этапе существования нашей Вселенной, не говоря уже о двух», — говорит Сильвия Онорато, научная сотрудница-постдокторант NOIRLab, возглавлявшая исследование. «Мы наблюдали Наповаваа’енакаулуа в то время, когда Вселенной было всего тринадцатая часть от её нынешнего возраста, и, что удивительно, его сверхмассивные чёрные дыры имеют такую же массу, как и те, которые мы видим сегодня».

«Наповаваа’енакаулуа» обнаружили в данных обзора «Эфир» (Aether) — программы JWST, направленной на составление перечня объектов в ранней Вселенной. С помощью Блока интегрального поля Спектрографа ближнего инфракрасного диапазона JWST в рамках обзора астрономы собрали выборку из 200 квазаров, что составляет 43 % всех известных квазаров на этом этапе космической истории. Именно во время визуального просмотра набора данных «Эфир» команда сделала удивительное открытие: у квазара J1602+4228A был компаньон.

Дальнейшие наблюдения с помощью Ближнеинфракрасного спектрографа «Джемини-Север» позволили команде различить эти два квазара как отдельные объекты. J1602+4228A и B расположены настолько близко друг к другу, а J1602+4228B настолько тускл, что наблюдение за ним с Земли было бы практически невозможно. Однако идеальное время и безупречные погодные условия на Маунакеа позволили команде совершить этот научный подвиг. «Небо над Маунакеа было настолько чистым и прозрачным, что нам удалось собрать данные всего за две ночи», — говорит Онорато. Дополнительные наблюдения с помощью Многообъектного спектрографа «Джемини» позволили ещё точнее определить свойства пары квазаров.

Хотя полная история происхождения «Наповаваа’енакаулуа» остаётся загадкой, команда предполагает, что эта редкая пара квазаров может служить ориентиром экстремального пика в поле плотности вещества ранней Вселенной, где взаимодействия галактик одновременно способствовали звездообразованию и быстрому росту чёрных дыр.

«Наповаваа’енакаулуа — это действительно уникальная среда», — говорит Онорато. «Это лаборатория для астрономов, где они могут изучать, как самые первые массивные галактики и их центральные чёрные дыры образовались в результате непосредственных взаимодействий галактик в те далекие времена».

• Квазары