После Большого взрыва
Исследователи из Обсерватории института Карнеги в Пасадене (США) обнаружили новый квазар — активное ядро галактики на начальном этапе развития со сверхмассивной чёрной дырой в центре. Этот объект получил название ULAS J1342+0928. Квазар находится на расстоянии 13,1 млрд световых лет от Солнечной системы. Его яркость в 400 трлн раз превышает солнечную. Масса чёрной дыры составляет около 800 млн масс Солнца. Открытие удалось совершить с помощью Магелланова телескопа в обсерватории Лас-Кампанас в Чили, большого бинокулярного телескопа в Аризоне и телескопа обсерватории Gemini на Гавайях.
«Непонятно, как эта сверхмассивная чёрная дыра могла образоваться всего спустя 690 млн лет после Большого взрыва, когда сама Вселенная была сформирована лишь на 5% от своего сегодняшнего состояния, и набрать массу почти в миллиард солнечных. Обнаруженный квазар с чёрной дырой предоставил нам своеобразный снимок ранней Вселенной. Это всё равно, что посмотреть на фотографию 50-летнего мужчины, когда ему было два с половиной года», — пояснил в интервью один из авторов исследования астрофизик Эдуардо Бансадос.
Квазары — одни из самых ярких астрономических объектов, яркость которых на протяжении всей их жизни остаётся почти неизменной. Квазары представляют собой ядра галактик на ранней стадии формирования, то есть массивные чёрные дыры, которые получают энергию, активно поглощая окружающую материю — газ и разрушившиеся звёзды, близко подошедшие к ядру. При попадании в чёрную дыру частички материи под воздействием силы трения начинают светиться. В результате квазары становятся настолько яркими, что их светимость в десятки триллионов раз превышает солнечную.
До последнего момента самым далёким, а значит, и самым древним известным науке квазаром был ULAS J1120+0641. Он появился примерно спустя 770 млн лет после Большого взрыва и находится в 12,9 млрд световых лет от Солнечной системы. Его яркость в 63 трлн раз превышает яркость Солнца.
Теория роста
По словам профессора кафедры астрофизики и звёздной астрономии физического факультета МГУ Анатолия Засова, ранее в других галактиках уже были обнаружены чёрные дыры массой в десятки миллиардов солнечных, поэтому новый объект не является рекордсменом по массе.
«Однако эта чёрная дыра столь далёкая и древняя, что её большая масса порождает много вопросов. Дело в том, что только спустя 150 млн лет после Большого взрыва начали формироваться первые звёзды, а «зажглись» они спустя ещё примерно 250 млн лет. Соответственно, чёрные дыры не могли формироваться раньше этого момента. Набор такой внушительной массы менее чем за 690 млн лет ставит под сомнение существующие теории о росте сверхмассивных чёрных дыр», — сообщил в интервью RT Засов.
Скорость аккреции (приращения массы) газового диска у чёрной дыры ограниченна. Считалось, что при превышении определенного значения излучение от диска будет отталкивать газ и, таким образом, чёрная дыра не сможет его притягивать. Однако наблюдение за обнаруженной древнейшей чёрной дырой не подтверждает эту теорию.
Изучив скорость роста чёрной дыры квазара J1342+0928, учёные выяснили, что первоначально она имела массу не меньше тысячи масс Солнца и сформировалась спустя 65 млн лет после Большого взрыва. Авторы исследования пришли к выводу, что либо на раннем этапе формирования Вселенной уже существовали массивные чёрные дыры, либо скорость их роста в тот период превышала предельную.
Поиски продолжаются
Исследователи также пришли к выводу, что спустя 690 млн лет после Большого взрыва значительная часть пространства вокруг квазара состояла из нейтрального водорода. Это говорит о том, что квазар образовался в эпоху реионизации — периода, когда наполнявшие Вселенную горячие ионы стали остывать, образуя водород. Точно определить время начала реионизации и механизмы этого процесса довольно сложно. Некоторые астрофизики считают, что реионизацию вызвало именно появление чёрных дыр.
«Реионизация стала последним важным этапом преобразования Вселенной. Дальнейшие исследования позволят выяснить, что происходило в этот важный период и какую роль сыграли в этом процессе чёрные дыры. Пока нам удалось понять, что чёрные дыры либо растут быстрее, чем мы считали раньше, либо образуются уже довольно крупными», — отметил Бансадос.
Авторы исследования считают, что, возможно, существуют ещё более древние квазары, чем J1342+0928, и намерены продолжить поиски чёрных дыр во Вселенной.
«Чем больше мы обнаружим сформировавшихся в ранней Вселенной квазаров, которые находились бы на таком же или большем расстоянии от Солнечной системы, тем больше мы узнаем о периоде реионизации и об условиях, которые позволяют формироваться чёрным дырам с массой, в сотни тысяч раз превышающей солнечную», — пояснил Бансадос.