11.2K
Группа астрономов обнаружила самую удаленную сверхмассивную черную дыру из известных науке. Она скрывается в центре ультраяркого квазара, свет которого возник спустя 690 миллионов лет после Большого Взрыва. Ему понадобилось около 13 миллиардов лет, чтобы достичь Земли, что почти равно возрасту Вселенной.
Черная дыра массой в 800 миллионов Солнц – Голиаф по современным меркам и относительная аномалия для ранней Вселенной. Помимо размера еще одной странностью является среда, в которой сформировался древний монстр: ученые пришли к выводу, что черная дыра возникла в период, когда Вселенная подвергалась фундаментальному сдвигу от непрозрачной среды, в которой доминировал нейтральный водород, к первому сиянию звезд. По мере образования звезды и галактики генерировали достаточное количество излучения для перехода водорода из нейтрального состояния, в котором электроны привязаны к ядру, к ионизированному. Это фундаментальное изменение Вселенной присуще ей и по сей день.
Черная дыра была обнаружена Эдуардо Банадосом из Университета Карнеги (США) в ходе изучения множества обследований неба и карт далекой Вселенной. Астроном, в частности, смотрел на квазары, одни из самых ярких объектов во Вселенной, состоящих из сверхмассивной черной дыры, окруженной закрученным, аккрецирующим диском материи.
После определения нескольких интересующих объектов Банадос сосредоточился на них, используя инфракрасный спектрометр FIRE (Folded-port InfraRed Echellette), установленный на телескопе «Magellan» в Чили. Свет от очень далеких ранних космических объектов смещается в сторону более красных длин волн во время путешествия по Вселенной из-за ее расширения. Чем выше красное смещение объекта, тем он дальше, как в пространстве, так и во времени.
Используя FIRE, команда идентифицировала один из объектов Банадоса как квазар с красным смещением 7,5, то есть он излучал свет спустя 690 миллионов лет после Большого Взрыва. Основываясь на красном смещении квазара, исследователи вычислили массу черной дыры в его центре и определили, что она составляет около 800 миллионов Солнц.
Когда зажглись первые звезды
Недавно обнаруженный квазар существовал в решающий момент истории Вселенной. Сразу после Большого Взрыва она напоминала космический суп из горячих, чрезвычайно энергичных частиц. По мере расширения пространства эти частицы охлаждались и сливались в нейтральный водород. В конечном итоге гравитационное конденсированное вещество объединилось в первые звезды и галактики, которые, в свою очередь, создали свет в виде фотонов. Гирлянды звезд зажигались повсюду, их фотоны реагировали с нейтральным водородом, ионизируя газ и открывая эпоху реионизации.
FIRE позволил установить, что большая часть водорода, окружающего квазар, является нейтральной. Ученые экстраполировали результаты и получили, что Вселенная в целом была примерно наполовину нейтральной и наполовину ионизированной. Из этих результатов они предположили, что наблюдаемый период знаменует собой начало первых звезд.
Открытие укрепляет понимание Вселенной в целом, поскольку исследователи определили момент времени, когда она находилась в середине очень быстрого перехода от нейтрального к ионизированному состоянию. Это самое точное датирование возникновения первых звезд.
Одну большую загадку еще предстоит решить: как настолько массивная черная дыра сформировалась в ранней Вселенной? Считается, что черные дыры растут благодаря аккреции массы из окружающей среды. Чрезвычайно большие черные дыры должны образовываться в течение периода, значительно превышающего 690 миллионов лет. Значит, должен быть другой способ рождения гигантских космических монстров, но на данный момент он неизвестен.