|
Неуловимый звездный свет, окружающий древние квазары
|
|
|
|
Астрономы Массачусетского технологического института наблюдали неуловимый звездный свет, окружающий некоторые из самых ранних квазаров во Вселенной. Отдаленные сигналы, которые прослеживаются более чем за 13 миллиардов лет до зарождения Вселенной, дают ключ к пониманию того, как развивались самые первые черные дыры и галактики. Квазары - это пылающие центры активных галактик, в ядре которых находится ненасытная сверхмассивная черная дыра. В большинстве галактик находится центральная черная дыра, которая иногда может питаться газом и звездным мусором, генерируя кратковременную вспышку света в виде светящегося кольца, когда вещество устремляется к черной дыре. Квазары, напротив, могут поглощать огромное количество вещества в течение гораздо более длительных периодов времени, образуя чрезвычайно яркое и долговечное кольцо - настолько яркое, что квазары являются одними из самых светящихся объектов во Вселенной.
|
|
|
|
Из-за своей яркости квазары затмевают остальную галактику, в которой они находятся. Но команда Массачусетского технологического института впервые смогла наблюдать гораздо более слабый свет звезд в галактиках-хозяевах трех древних квазаров. Основываясь на этом неуловимом звездном свете, исследователи оценили массу каждой галактики-хозяина по сравнению с массой ее центральной сверхмассивной черной дыры. Они обнаружили, что у этих квазаров центральные черные дыры были намного массивнее по сравнению с их галактиками-хозяевами, по сравнению с их современными аналогами. Результаты, опубликованные сегодня в Astrophysical Journal, могут пролить свет на то, как самые ранние сверхмассивные черные дыры стали такими массивными, несмотря на то, что у них был относительно короткий промежуток космического времени для роста. В частности, те самые ранние чудовищные черные дыры, возможно, прорастали из более массивных "семян", чем более современные черные дыры.
|
|
|
"После возникновения Вселенной появились черные дыры-зародыши, которые затем поглотили вещество и выросли за очень короткое время", - говорит автор исследования Минхао Юэ, постдок Института астрофизики и космических исследований Кавли Массачусетского технологического института. "Один из главных вопросов заключается в том, чтобы понять, как эти чудовищные черные дыры могли вырасти такими большими и так быстро". "Эти черные дыры в миллиарды раз массивнее Солнца, в то время как Вселенная все еще находится в зачаточном состоянии", - говорит автор исследования Анна-Кристина Эйлерс, доцент кафедры физики Массачусетского технологического института. "Наши результаты показывают, что в ранней Вселенной сверхмассивные черные дыры могли набрать свою массу раньше, чем это сделали галактики-хозяева, и первоначальные зародыши черных дыр могли быть более массивными, чем сегодня".
|
|
|
|
Соавторами Эйлерса и Юэ являются директор Массачусетского технологического института Кавли Роберт Симко, научный сотрудник Массачусетского технологического института Хаббл и постдок Рохан Найду, а также сотрудники из Швейцарии, Австрии, Японии и Университета штата Северная Каролина.
Ослепительные ядра Чрезвычайная яркость квазара была очевидна с тех пор, как астрономы впервые обнаружили эти объекты в 1960-х годах. Тогда они предположили, что свет квазара исходит от единственного "точечного источника", похожего на звезду. Ученые назвали эти объекты "квазарами", что является синонимом "квазизвездного" объекта. После этих первых наблюдений ученые поняли, что квазары на самом деле не имеют звездного происхождения, а возникают в результате аккреции чрезвычайно мощных и устойчивых сверхмассивных черных дыр, расположенных в центрах галактик, которые также содержат звезды, которые намного слабее по сравнению с их ослепительными ядрами.
|
|
|
|
Было чрезвычайно сложно отделить свет, исходящий от центральной черной дыры квазара, от света звезд галактики-хозяина. Эта задача немного напоминает обнаружение поля светлячков вокруг центрального массивного прожектора. Но в последние годы у астрономов появилось гораздо больше шансов сделать это с запуском космического телескопа Джеймса Уэбба НАСА (JWST), который позволяет заглянуть еще дальше в прошлое и с гораздо более высокой чувствительностью и разрешением, чем любая существующая обсерватория. В своем новом исследовании Юэ и Эйлерс использовали выделенное время на JWST для наблюдения шести известных древних квазаров с перерывами с осени 2022 года по весну следующего. В общей сложности команда провела более 120 часов наблюдений за шестью удаленными объектами. "Квазар на порядки превосходит по яркости свою галактику-хозяина. И предыдущие снимки были недостаточно четкими, чтобы различить, как выглядит галактика-хозяин со всеми ее звездами", - говорит Юэ. "Теперь мы впервые можем выявить свет от этих звезд, очень тщательно смоделировав гораздо более четкие изображения этих квазаров, сделанные JWST".
|
|
Световой баланс
|
|
|
|
Команда проанализировала данные об изображениях, собранные JWST для каждого из шести удаленных квазаров, возраст которых, по их оценкам, составляет около 13 миллиардов лет. Эти данные включали измерения излучения каждого квазара на разных длинах волн. Исследователи включили эти данные в модель того, какая часть этого света, вероятно, исходит от компактного "точечного источника", такого как аккреционный диск центральной черной дыры, в сравнении с более рассеянным источником, таким как свет от окружающих галактику рассеянных звезд. С помощью этого моделирования команда разделила излучение каждого квазара на две составляющие: свет от светящегося диска центральной черной дыры и свет от более рассеянных звезд основной галактики. Количество света от обоих источников отражает их общую массу. Исследователи подсчитали, что для этих квазаров соотношение между массой центральной черной дыры и массой галактики-хозяина составляло примерно 1:10. Они поняли, что это резко контрастирует с сегодняшним соотношением масс 1:1000, при котором недавно образовавшиеся черные дыры гораздо менее массивны по сравнению с их галактиками-хозяевами.
|
|
|
|
"Это говорит нам кое-что о том, что растет первым: черная дыра растет первой, а затем галактика догоняет ее? Или галактика и ее звезды растут первыми, и они доминируют и регулируют рост черной дыры?" Объясняет Эйлерс. "Мы видим, что черные дыры в ранней Вселенной, по-видимому, растут быстрее, чем их галактики-хозяева. Это предварительное свидетельство того, что первоначальные зародыши черных дыр тогда могли быть более массивными". "Должно быть, существовал какой-то механизм, заставляющий черную дыру набирать массу раньше, чем ее галактика-хозяин, в течение первого миллиарда лет", - добавляет Юэ. "Это своего рода первое доказательство, которое мы видим, и это очень интересно".
|
|
|
|
Источник
|
