Астрономы обнаружили 83 сверхмассивные черные дыры в ранней Вселенной

Астрономы из Японии, Тайваня и Принстонского университета (США) обнаружили 83 квазара, питаемых сверхмассивными черными дырами в далекой Вселенной, в момент времени, когда ее возраст составлял менее 10 процентов от текущего значения. Открытие значительно увеличивает число космических монстров, известных в ту эпоху, и впервые показывает, насколько они были распространены. Кроме того, оно дает новое представление о влиянии черных дыр на физическое состояние газа в первый миллиард лет истории Вселенной. Исследование опубликовано в серии из пяти статей, представленных в журналах The Astrophysical Journal и Publications of the Astronomical Observatory of Japan.

«Примечательно, что такие массивные плотные объекты смогли сформироваться так скоро после Большого взрыва. Понимание того, как черные дыры образовывались в ранней Вселенной и насколько они были распространены, является открытой проблемой современных космологических моделей», – рассказывает Майкл Стросс,  участник исследования из Принстонского университета.

Сверхмассивные черные дыры, найденные в центрах галактик, могут быть в миллионы или даже миллиарды раз массивнее Солнца. Хотя они распространены сегодня, неясно, когда они впервые образовались и сколько их существовало в ранней Вселенной.

Сверхмассивная черная дыра становится видимой, когда поглощение газа заставляет ее сиять как «квазар». Предыдущие исследования обнаруживали только наиболее яркие из них с самыми «тяжелыми» черными дырами, однако в данных, полученных с помощью прибора «Hyper Suprime-Cam» (HSC) на телескопе «Subaru», астрономы идентифицировали популяцию более тусклых квазаров, приводимых в действие черными дырами с массами, сопоставимыми с большинством черных дыр, наблюдаемых в современной Вселенной.

Определив кандидатов в квазары, команда провела интенсивную наблюдательную кампанию, используя три телескопа: «Subaru», «Gran Telescopio Canarias» и «Gemini South Telescope». Опрос выявил 83 неизвестных очень далеких квазара. Вместе с 17 квазарами, определенными ранее в регионе исследования, ученые обнаружили, что на кубический гига-световый год приходится примерно одна сверхмассивная черная дыра. Расстояние до вновь обнаруженных квазаров составило около 13 миллиардов световых лет, то есть они уже существовали в период младенчества Вселенной, спустя 800 миллионов лет после Большого взрыва.

Считается, что водород во Вселенной когда-то был нейтральным, но был «реионизирован» – расщеплен на составляющие его протоны и электроны – через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва, когда родились звезды первого поколения, галактики и сверхмассивные черные дыры. Тем не менее, астрономы не знают, что произвело невероятное количество энергии, необходимое для этого процесса. Гипотетически, в ранней Вселенной было гораздо больше квазаров, чем было обнаружено до этого момента, и именно их излучение реионизировало водород.

Однако, как пишут исследователи, вновь обнаруженные квазары показывают, что это не так, их число по-прежнему не объясняет реионизацию. Поэтому она была вызвана другим источником энергии, скорее всего, многочисленными галактиками, которые начали формироваться в молодой Вселенной. Но все же благодаря далеким квазарам исследователи больше узнают о формировании и ранней эволюции сверхмассивных черных дыр, сравнивая измеренную плотность числа и распределение светимости с предсказаниями теоретических моделей.

Основываясь на результатах, достигнутых к настоящему моменту, команда с нетерпением ожидает обнаружения еще более далеких черных дыр и датирования момента, когда во Вселенной появился первый сверхмассивный монстр.