Открыт монструозный квазар в ранней Вселенной

Обозначенный как J1007 + 2115, недавно обнаруженный квазар стал одним из двух известных из того же самого космологического периода. Квазары - самые энергичные объекты во Вселенной, и с момента их открытия астрономы стремятся определить, когда они впервые появились в космической истории.

В открытии участвовали телескопы на Маунакеа, почитаемой в гавайской культуре горе, поэтому квазар получил гавайское имя P?niu??ena, что означает «невидимый вращающийся источник творения, окруженный блеском».

Согласно современной теории, квазары питаются сверхмассивными черными дырами. По мере поглощения черной дырой окружающую материю, такую ??как пыль, газ или даже целые звезды, они испускают огромное количество энергии, и становятся настолько яркими, что затмевают целые галактики.

Сверхмассивная черная дыра, приводящая в действие P?niu??ena, делает этот квазар самым отдаленным и, следовательно, самым ранним объектом во Вселенной, в котором находится черная дыра, превышающая 1 миллиард солнечных масс. Согласно новому исследованию, документирующему открытие квазара, свету из P?niu??ena потребовалось 13,02 миллиарда лет, чтобы достичь Земли - его путешествие началось всего через 700 миллионов лет после Большого взрыва.

«Это самый ранний известный нам монстр такого рода», - сказал ведущий автор исследования Джини Янг из Университета. «Слишком мало времени на то, чтобы он превратился из маленькой черной дыры в огромную, который мы видим».

«Вопрос о том, как такая огромная черная дыра может материализоваться, когда Вселенная еще находилась в зачаточном состоянии, долгое время раздражал астрономов и космологов», - сказал соавтор Сяохуэй Фань, профессор Риджентс и ассоциированный руководитель Астрономического департамента в Аризоне. «Это открытие представляет собой самую большую проблему для теории образования и роста черной дыры в ранней Вселенной».

Согласно современным космологическим моделям, представление о том, что черная дыра с пропорциями P?niu??ena могла развиться из гораздо меньшей черной дыры, образованной коллапсом одной звезды за такое короткое время, поскольку Большой взрыв практически невозможен.

Вместо этого, авторы исследования предполагают, что квазар должен был зародиться в виде «семенной» черной дыры, уже содержащей эквивалентную массу в 10000 Солнц, уже через 100 миллионов лет после Большого взрыва.

P?niu??ena был обнаружен путем систематического поиска самых далеких квазаров. Все началось с обследования больших площадей, таких как съемка изображений DECaLS, которая использует камеру темной энергии на 4-метровом телескопе V?ctor M. Blanco, расположенного в Межамериканской обсерватории Cerro Tololo в Чили, и обзор UHS, который использует Wide Field Camera на британском инфракрасном телескопе, расположенном в Маунакеа.

Команда обнаружила возможный квазар в данных и в 2019 году наблюдала его с помощью телескопов, в том числе телескопа Джемини Север и обсерватории Кека, как на Маунакеа. Телескоп Магеллана в обсерватории Лас-Кампанас в Чили подтвердил существование P?niu??ena.

«Наблюдения с Джемини были критически важны для получения высококачественных спектров в ближней инфракрасной области, которые позволили нам измерить поразительную массу черной дыры», - сказал соавтор Фейге Ванг, сотрудник НАСА Хаббл в Обсерватории Стюарда.

По словам исследователей, открытие квазара на заре космоса дает исследователям редкое представление о времени, когда Вселенная была еще молода и сильно отличалась от того, что мы видим сегодня.

Современная теория предполагает, что в начале Вселенной, после Большого взрыва, атомы были слишком далеко друг от друга, чтобы взаимодействовать и образовывать звезды и галактики. Рождение звезд и галактик, какими мы их знаем, произошло в эпоху реионизации, примерно через 400 миллионов лет после Большого взрыва.

«После Большого взрыва Вселенная была очень холодной, потому что звезд еще не было, света не было», - сказал Фан. «Для появления первых звезд и галактик потребовалось около 300–400 миллионов лет, и они начали нагревать Вселенную».

Под воздействием нагревания молекулы водорода были лишены электронов в процессе ионизации. Этот процесс длился всего несколько сотен миллионов лет - мгновение ока в жизни Вселенной - и является предметом постоянных исследований.

Открытие квазаров типа P?niu?'ena стало большим шагом к пониманию процесса реионизации и образования ранних сверхмассивных черных дыр и массивных галактик. P?niu?'ena наложил новые и важные ограничения на эволюцию вещества в межгалактической среде в эпоху реионизации.

«Этот квазар выглядит, как будто его обнаружили в середине этого периода, - сказал Фан, - и тот факт, что мы можем наблюдать за этими объектами, помогает уточнить, что произошло в этот период».

В 2018 году исследовательская группа объявила об обнаружении самого далекого квазара, найденного на сегодняшний день. Обозначенный как J1342 + 0928, этот объект на 2 миллиона лет старше P?niu?'ena - довольно незначительное различие по космическим меркам, по словам Фэна, который участвовал в обоих открытиях, которые были сделаны с использованием международной обсерватории Джемини и Межамериканской обсерватории Cerro Tololo.

«Разница в 2 миллиона световых лет из 13 миллиардов делает их почти одногодками», - считает Фан.