Просмотр новости
Найдите то, что Вас интересует
Спутники
РН
SpaceX
Роскосмос
NASA
СпутникиРНSpaceXРоскосмосNASAВселенная едва родилась, когда появились эти гигантские чёрные дыры
Тридцать один недавно открытый древний квазар дают учёным самый чёткий обзор самых ранних гигантских чёрных дыр во Вселенной.
Квазары — одни из самых ярких объектов во Вселенной, сияющие силой сверхмассивных чёрных дыр, поглощающих огромные объёмы материи. Некоторые из них настолько яркие, что затмевают целые галактики, позволяя астрономам видеть их на протяжении более чем 13 миллиардов лет космической истории.
Теперь международная команда учёных обнаружила 31 из самых древних квазаров, когда-либо найденных в истории, включая два самых ранних известных экземпляра. Эти необыкновенные объекты уже горели светом триллиона солнц, когда Вселенной было всего около 670 миллионов лет. Открытие, опубликованное в журнале Astronomy & Astrophysics, даёт один из самых чётких взглядов на самую раннюю главу Вселенной и поднимает новые вопросы о том, как гигантские чёрные дыры сформировались так быстро после Большого взрыва.
«Эти объекты дают лучшие подсказки для понимания того, как формируются сверхмассивные чёрные дыры», — сказал соавтор Джозеф Хеннави, профессор физики с совместными должностями в Калифорнийском университете в Санта-Барбаре и Лейденском университете. «Эти монстры — весящиеся в миллиарды раз больше массы нашего Солнца — каким-то образом уже существовали, когда Вселенная только зарождалась. Мы пока не до конца понимаем, как они выросли так быстро и огромно.»
Охота на самых ранних квазаров Вселенной
Астрономы десятилетиями искали первые квазары, потому что они дают редкий взгляд на рассвет галактик и рождение сверхмассивных чёрных дыр.
Но найти их невероятно сложно. Квазары, существовавшие менее чем через 770 миллионов лет после Большого взрыва, чрезвычайно редки, поскольку лишь небольшое количество галактик выросло достаточно большими для их производства. Даже когда они присутствуют, их слабый свет легко можно принять за звёзды, находящиеся гораздо ближе к Земле.
Сама вселенная добавляет ещё один вызов. По мере расширения космоса свет от этих древних объектов растягивается от ультрафиолетового до ближних инфракрасных длин волн — эффект, известный как красное смещение. К сожалению, эти длины волн совпадают с естественным инфракрасным светом атмосферы Земли, что делает слабые квазары крайне труднодоступными для обнаружения с наземных телескопов. Астрономы используют красное смещение, чтобы оценить, насколько далеко находится объект, и насколько рано он появился в истории космоса.
«Красное смещение 7 переносит нас в то время, когда Вселенной было всего 750 миллионов лет, что составляет менее 6% от её нынешнего возраста», — сказал Хеннави.
«Эти две вещи делают поиск квазаров на таких расстояниях невероятно сложным», — сказал ведущий автор Даминг Янг, аспирант группы Хеннави в Лейденском университете. «На каждую из них приходится тысячи звёзд в нашем Млечном Пути и близлежащих галактиках, которые выглядят почти идентично на снимках. И поскольку их свет растянут до инфракрасного на таких расстояниях, нам нужен обзор, который будет достаточно широким, чтобы захватить эти редкие объекты, и достаточно глубоким, чтобы обнаруживать их слабый свет.»
С земли этот поиск практически невозможен. Учёным нужен был телескоп над атмосферой Земли.
Евклид преобразует поиск древних квазаров
Европейское космическое агентство запустило космический телескоп Евклид в 2023 году, чтобы исследовать один из наименее изученных периодов в истории космоса. Находясь на орбите над инфракрасным дымком Земли, Euclid может обнаруживать слабые объекты на огромных участках неба, до которых наземные обсерватории не могут легко достичь.
Используя данные Euclid Wide Survey, исследователи обнаружили беспрецедентные 31 древний квазар, датируемый временем, когда Вселенная составляла лишь около 5% от своего нынешнего возраста. После завершения обследования будет нанесена на карту более одной трети всего неба.
До Евклида астрономы выявили лишь небольшое количество исключительно ярких ранних квазаров. Это затрудняло понимание того, как выглядела более широкая популяция этих древних объектов.
«Евклид — настоящий переломник», — сказал Даминг. «Раньше мы могли найти лишь несколько самых ярких древних квазаров, но Евклид позволяет нам гораздо эффективнее искать на огромных участках неба, чтобы захватить гораздо более тусклый свет. Это уникальный инструмент для охоты на квазаров.»
Гигантские чёрные дыры во Вселенной младенцев
Исследователи уже внимательно изучили второй по возрасту квазар в новом образце. Они обнаружили, что она находится внутри пыльной, богатой газом галактики, где происходит интенсивное звёзднообразование, что даёт редкое представление о том, как могли выглядеть дома самых ранних сверхмассивных чёрных дыр.
Эти квазары относятся к эпохе реионизации — ключевой эпохе, когда первые звёзды и галактики преобразили Вселенную, ионизировав нейтральный водород, заполнивший пространство после Большого взрыва. Этот период заложил основу вселенной, которую мы видим сегодня.
Из 31 недавно обнаруженного квазара 14 имеют красные смещения 7 и выше. Два самых старых достигли красных смещений 7,69 и 7,77, что делает их самыми ранними квазарами, когда-либо наблюдавшимися. Их свет перемещается чуть более 13 миллиардов лет, раскрывая их такими, какими они были в течение первых 670 миллионов лет существования Вселенной. Они также превзошли предыдущий рекорд дистанции, установленный командой Хеннави в 2021 году.
Сам альбом — лишь часть истории.
«Каждый шаг назад во времени делает головоломку всё более загадочной: как Вселенная так быстро породила сверхмассивные чёрные дыры?» — сказала Хеннави. «Мы находим чёрные дыры с массой в сотни миллионов раз большей массы нашего Солнца в то время, когда Вселенная только начиналась.»
Оглядываясь ещё дальше во времени
Достижения в технологиях телескопов и анализе данных быстро продвигают астрономию глубже в прошлое Вселенной. Потребовалось более десяти лет, чтобы открыть первые около 10 квазаров с красными смещениями 7 и выше. Евклид уже обнаружил больше за один год, более чем удвоив известную популяцию этих исключительно древних объектов.
Машинное обучение стало столь же важным, как и новые телескопы. Продвинутые алгоритмы могут просеивать десятки миллионов астрономических источников и выявлять горстку настоящих квазаров, скрытых среди бесчисленных звёзд, которые кажутся почти идентичными.
Группа Хеннави годами разрабатывала программное обеспечение, лежащее в основе этих открытий. Он также руководит разработкой PypeIt — программного обеспечения для обработки данных, используемого астрономами Калифорнийского университета, работающими с телескопами Кека. Благодаря привилегированному доступу университета к Кеку, две трети недавно обнаруженных квазаров, включая три самых удалённых объекта, были подтверждены там.
Следующий этап команды — открытие первого квазара, выходящего за пределы красного смещения 8, который откроет объект внутри первых 630 миллионов лет Вселенной.
Открытия — только начало. Одобренные программы наблюдения с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба будут измерять массы этих чёрных дыр, изучать окружающий их газ и использовать их свет для отслеживания развития реионизации. Тем временем Atacama Large Millimeter Array будет изучать пыль, газ и звёздное образование внутри своих галактик-хозяев.
«Более широкое видение — свести всё это в единую временную линию», — сказал Хеннави, — «квазарную хронику первых миллиардов лет.»