Одни из самых ярких объектов во Вселенной — квазары — представляют собой очень яркие ядра далеких галактик, чье излучение исходит из окрестностей сверхмассивных черных дыр.
Недавно астрономы сообщили об обнаружении необычного «переменчивого» квазара, который они увидели таким, каким он был более 13 миллиардов лет назад. Яркость объекта под названием J1429+5447 увеличилась более чем в два раза всего за 110 дней. Открытие, сделанное с помощью орбитальных обсерваторий NuSTAR и Chandra, позволяет разгадать тайны эпохи реионизации Вселенной.
Когда материя из аккреционного диска сверхмассивной черной дыры падает на космического «монстра», часть ее выбрасывается со стороны его обоих полюсов, создавая джеты — узкие струи плазмы, излучающие во всех диапазонах (от радиоволн до гамма-излучения), вырывающиеся из окрестностей черной дыры с околосветовой скоростью. Например, ранее астрономы обнаружили экстремально яркий квазар J1601+3102, испускающий мощные джеты протяженностью более 200 тысяч световых лет.
Вот почему именно квазары служат «маяками» для ученых, позволяя им изучать структуру и историю космоса вплоть до первых эпох после Большого взрыва, в частности так называемую эпоху реионизации. Тогда, менее чем через миллиард лет после рождения Вселенной, в ней сформировались первые поколения звезд и галактик, «подсветившие» ионизированным водородом весь космос. Особенно исследователей интересует роль в этом процессе активных ядер галактик и сверхмассивных черных дыр.
Напомним, в активных ядрах галактик происходят процессы, сопровождающиеся выделением большого количества энергии, однако объяснить их активность отдельными звездами и газопылевыми облаками нельзя.
Теперь астрономы из разных научных учреждений под руководством астрофизика из Йельского университета (США) Леа Маркотулли (Lea Marcotulli) сообщила об открытии уникального квазара под названием J1429+5447, который сформировался всего через 800–900 миллионов лет после Большого взрыва. Результаты научной работы представлены в журнале The Astrophysical Journal Letters.
Этот наиболее удаленный от Земли объект (рекорд для NuSTAR) удалось обнаружить с помощью двух космических телескопов Chandra и NuSTAR. Ученые сопоставили данные Chandra, полученные в августе 2021 года с данными наблюдений, выполненными NuSTAR через 3,7 месяцев. Оказалось, что за этот короткий промежуток (который для самого квазара соответствует примерно двум неделям), его яркость в рентгеновском диапазоне выросла более чем в два раза.
«Это экстремальное явление. Мы знаем, что квазары способны „мерцать“ в рентгене, но столь быстрая вспышка встречается крайне редко, особенно для источника в столь ранней эпохе Вселенной», — отметил соавтор исследования астроном Томас Коннор (Thomas Connor).
Астрономы предположили, что квазар J1429+5447 испускает узкий пучок частиц (джет), направленный в сторону Земли. Если это так, мы видим «источник в лоб», и все процессы вблизи черной дыры усиливаются за счет релятивистских эффектов. Дело в том, что резкий рост рентгеновской яркости говорит о том, что на больших скоростях выбрасывается не только радиооптическая, но и высокоэнергетическая компонента. При этом в рамках предыдущих наблюдений за квазаром, никаких джетов ученые не обнаружили.
В пользу выдвинутой гипотезы говорит и то, что сверхмассивная черная дыра сформировалась всего через 800–900 миллионов лет после Большого взрыва, однако при этом успела вырасти до миллиардных масс Солнца (примерно два миллиарда солнечных масс) и могла ускорить аккрецию материи, тем самым помогая древним черным дырам достичь впечатляющих размеров за несколько сотен миллионов лет.
Открытие квазара с подобными характеристиками позволяет лучше понять происходящие в этот давний этап космической эволюции процессы. Чем больше подобных квазаров с джетами найдут астрономы, тем больше информации смогут собрать о росте самых первых черных дыр и их влияние на процесс реионизации. Если в ранней Вселенной действительно было много таких объектов, то они могли внести весомый вклад в «озарение» юного космоса высокоэнергетическими фотонами.
Автор: Любовь Соковикова