Цивилизация
Астрономы открыли самую древнюю сверхмассивную черную дыру — она появилась всего через 690 млн лет после Большого взрыва, а ее масса составляет 800 млн масс Солнца. Об открытии сообщается в журнале Nature.
Считается, что образование сверхмассивных черных дыр с массой в миллионы и миллиарды раз превышающей массу Солнца — это начальный этап формирования галактик. Дыра поглощает окружающее вещество, формируя аккреционный диск. Так возникают квазары — активные ядра галактик. Это одни из самых ярких астрономических объектов в видимой Вселенной.
Обнаруженный командой астрономов из США квазар и его черная дыра получили название ULAS J1342+0928. Объекты находятся в 13,1 млрд световых лет от Солнечной системы. Масса черной дыры, по расчетам исследователей, составляет 800 млн масс Солнца и ярче Солнца в 400 трлн раз.
Черная дыра появилась 690 млн спустя после Большого взрыва, когда Вселенная была сформирована лишь на 5% от своего сегодняшнего состояния.
Открытие было сделано при помощи Магелланова телескопа в обсерватории Лас-Кампанас в Чили, большого бинокулярного телескопа в Аризоне и телескопа обсерватории Gemini на Гавайях. Именно благодаря данным, полученным с помощью телескопа Gemini North, удалось установить массу дыры.
Расстояние до квазара было определено по красному смещению — увеличению длины волны излучения, объясняемому удалением источника от наблюдателя: чем дальше расположен объект, тем выше будет смещение. Так, в случае с ULAS J1342+0928 красное смещение составило z=7,54.
«Обнаруженный квазар предоставляет нам уникальный снимок Вселенной, когда ее возраст составлял лишь 5% от нынешнего, — поясняет ведущий автор исследования Эдуардо Банадос. — Если бы Вселенная была 50-летним человеком, мы бы словно смотрели на ее фото в два с половиной года».
До этого самым древним квазаром считался ULAS J1120+0641, образовавшийся спустя 750 млн лет после Большого взрыва и расположенный в 13,04 млрд световых лет от Земли.
Квазары важны для изучения ранних этапов формирования Вселенной в том числе потому, что анализ излучаемого ими света может предоставить информацию о водороде, через который тот проходит на пути к Земле.
Согласно теории Большого взрыва, Вселенная в момент образования была в чрезвычайно плотном и горячем состоянии, а затем постепенно расширялась и охлаждалась. Спустя около 379 тыс. лет после Большого взрыва электроны, протоны и альфа-частицы получили возможность соединяться, образуя атомы. Так материя перешла в газообразное состояние, благодаря чему свет смог распространяться в пространстве. Примерно в это же время под воздействием гравитации начали формироваться первые звезды и галактики.
Период, когда наполнявшие Вселенную горячие ионы стали остывать, образуя водород, называется реионизацией. Однако точно определить, когда именно началась реионизация и каковы были ее точные механизмы, довольно сложно. Ряд исследований показывает, что реионизация могла быть вызвана появлением черных дыр.
Анализ света, исходящего от J1342+0928, показывает, что спустя 690 млн после Большого взрыва значительная часть пространства вокруг объекта представляла собой нейтральный водород. Это говорит о том, что квазар образовался в эпоху реионизации и дальнейшие исследования позволят выяснить, что происходило в этот важный период.
«Реионизация была последней важной трансформацией Вселенной и является одной из важнейших тем изучения в астрофизике… То, как и когда произошла реионизация Вселенной, имеет фундаментальное влияние на ее эволюцию», — отмечает Банадос.
Пока что астрономы затрудняются объяснить, как черная дыра так быстро смогла достичь настолько гигантских размеров. Они рассчитывают, что ее изучение позволит узнать больше о том, как растут черные дыры и как они влияют на космос.
«Набор такой массы менее чем за 690 млн лет ставит под сомнение теории о росте сверхмассивных черных дыр», — поясняет Банадос.
«Они либо растут быстрее, чем мы думали, либо образуются уже довольно крупными», — добавляет астроном Сяохуэй Фан, соавтор исследования.
Изучение сверхмассивной черной дыры, появившейся на раннем этапе формирования Вселенной, позволит узнать, какие условия дают возможность формироваться дырам с массой в сотни тысяч раз больше солнечной.
Учитывая размеры и яркость квазара, исследователи предполагают, что это не первый сформировавшийся во Вселенной квазар и необходимо продолжать поиски. Чем больше образовавшихся в молодой Вселенной квазаров на аналогичном или большем удалении от Земли будет обнаружено, тем больше можно будет узнать о периоде реионизации. По предположениям исследователей, количество удовлетворяющих этим условиям квазаров составляет 20-100 объектов.