|
Быстрое образование черных дыр в ранней Вселенной
|
|
|
|
Астрономы обнаружили важную часть головоломки о том, как сверхмассивные черные дыры смогли так быстро вырасти в ранней Вселенной: особый вид активного галактического ядра, находящегося настолько далеко, что его свету потребовалось более 12,9 миллиарда лет, чтобы достичь нас. Этот так называемый блазар служит статистическим маркером: его существование подразумевает наличие большой, но скрытой популяции подобных объектов, каждый из которых должен испускать мощные струи частиц.
|
|
|
|
Именно здесь открытие становится важным для космической эволюции: считается, что черные дыры со струями способны расти значительно быстрее, чем без них. Результаты исследования опубликованы в статье, опубликованной в Nature Astronomy, а другая - в Astrophysical Journal Letters.
|
|
|
|
Активные ядра галактик (AGN) - это чрезвычайно яркие центры галактик. Сверхмассивные черные дыры являются двигателями, обеспечивающими огромный выброс энергии. Вещество, попадающее в такие черные дыры (аккреция), является наиболее эффективным механизмом, известным физике, когда дело доходит до высвобождения огромного количества энергии. Именно благодаря этой непревзойденной эффективности AGN способны излучать больше света, чем все звезды в сотнях, тысячах или даже большем количестве галактик, вместе взятых, и в пространстве, меньшем, чем наша собственная солнечная система.
|
|
|
|
|
|
|
Считается, что по меньшей мере 10% всех AGN испускают сфокусированные высокоэнергетические пучки частиц, известные как струи. Эти струи вырываются из непосредственной близости от черной дыры в двух противоположных направлениях, поддерживаемые и управляемые магнитными полями в "аккреционном диске" из материала: диске, образованном газом, вращающимся вокруг черной дыры и попадающим в нее. Чтобы мы увидели AGN как блазар, должно произойти нечто совершенно невероятное: Земля, наша база наблюдений, должна находиться в нужном месте, чтобы струя AGN была направлена прямо на нас.
|
|
|
|
В результате получается астрономический аналог того, как кто-то направляет луч действительно яркого фонарика прямо вам в глаза: особенно яркий объект в небе. Что характерно для блазара, мы также наблюдаем быстрые изменения яркости в масштабах дней, часов или даже меньше — следствие случайных изменений в вращающемся аккреционном диске у основания струи и нестабильности взаимодействия магнитных полей и заряженных частиц в струе.
|
|
|
|
Обнаружение активных ядер галактик в самой ранней Вселенной
|
|
|
|
Новое открытие стало результатом систематического поиска активных ядер галактик в ранней Вселенной, проведенного Эдуардо Баньядосом, руководителем группы в Астрономическом институте Макса Планка, который специализируется на первом миллиарде лет космической истории, и международной командой астрономов.
|
|
|
|
Поскольку свету требуется время, чтобы дойти до нас, мы видим удаленные объекты такими, какими они были миллионы или даже миллиарды лет назад. Для более удаленных объектов так называемое космологическое красное смещение, вызванное космическим расширением, смещает их излучение на гораздо более длинные длины волн, чем те, на которых свет был испущен. Баньядос и его команда использовали этот факт, систематически проводя поиск объектов, которые были настолько сильно смещены в сторону красного, что их даже не было видно в обычном видимом свете (в данном случае, в рамках исследования наследия темной энергии), но которые были яркими источниками в радиообследовании (исследование VLASS на частоте 3 ГГц).
|
|
|
|
Из 20 кандидатов, удовлетворявших обоим критериям, только один, обозначенный как J0410–0139, соответствовал дополнительному критерию, заключавшемуся в том, что он демонстрировал значительные колебания яркости в радиорежиме, что повышало вероятность того, что это был блазар.
|
|
|
|
Затем исследователи копнули глубже, используя необычно большую батарею телескопов, включая наблюдения в ближнем инфракрасном диапазоне с помощью телескопа ESO New Technology Telescope (NTT), спектр с помощью Очень большого телескопа ESO (VLT), дополнительные спектры в ближнем инфракрасном диапазоне с помощью LBT, одного из телескопов Кека и телескопа Магеллана, Рентгеновские снимки с космических телескопов ESA XMM-Newton и НАСА Chandra, наблюдения на миллиметровых волнах с помощью антенн ALMA и NOEMA, а также более подробные радионаблюдения с помощью телескопов VLA Национальной радиоастрономической обсерватории США подтвердили статус объекта как AGN, и, в частности, это блазар.
|
|
|
|
Наблюдения также позволили определить расстояние до сверхнового светила (по красному смещению) и даже обнаружить следы галактики-хозяина, в которую встроено сверхновое светило. Свету от этого активного галактического ядра потребовалось 12,9 миллиардов лет, чтобы достичь нас (z=6,9964), неся информацию о Вселенной, какой она была 12,9 миллиардов лет назад.
|
|
|
|
"Там, где есть один, есть еще сто".
|
|
|
|
По словам Баньядоса, "тот факт, что J0410–0139 является блазаром, струей, которая случайно направлена прямо на Землю, имеет непосредственное статистическое значение. В качестве аналогии из реальной жизни представьте, что вы читаете о ком-то, кто выиграл в лотерею 100 миллионов долларов. Учитывая, насколько редок такой выигрыш, вы можете сразу сделать вывод, что в этой лотерее участвовало гораздо больше людей, но они не выиграли такую заоблачную сумму.
|
|
|
|
"Точно так же обнаружение одной звезды с реактивной струей, направленной прямо на нас, подразумевает, что в то время в тот период космической истории должно было быть много звезд с реактивными струями, которые не были направлены на нас".
|
|
|
|
Короче говоря, по словам Сильвии Белладитты, аспиранта MPIA и соавтора настоящей публикации, "там, где есть один, есть еще сотня".
|
|
|
|
Свету от предыдущего рекордсмена по величине удаленности блазара потребовалось примерно на 100 миллионов лет меньше, чтобы достичь нас (z=6,1). Дополнительные 100 миллионов лет могут показаться короткими в свете того факта, что мы оглядываемся назад более чем на 12 миллиардов лет, но они имеют решающее значение. В наше время Вселенная стремительно меняется. За эти 100 миллионов лет сверхмассивная черная дыра может увеличить свою массу на порядок.
|
|
|
|
Согласно современным моделям, за эти 100 миллионов лет количество сверхновых звезд должно было увеличиться в пять-десять раз. Обнаружение того, что такой блазар существовал 12,8 миллиардов лет назад, не было бы неожиданностью. Открытие того, что такой блазар существовал 12,9 миллиардов лет назад, как в данном случае, - это совсем другое дело.
|
|
|
|
Содействие росту черных дыр с 12,9 миллиардов лет назад
|
|
|
|
Наличие целой популяции сверхмассивных черных дыр со струями в это конкретное раннее время имеет значительные последствия для космической истории и роста сверхмассивных черных дыр в центрах галактик в целом. Черные дыры, в которых сверхмассивные черные дыры имеют струи, потенциально могут набирать массу быстрее, чем черные дыры без струй.
|
|
|
|
Вопреки распространенному мнению, газу трудно попасть в черную дыру. Естественно, что газ движется по орбите вокруг черной дыры, подобно тому, как планета вращается вокруг Солнца, с увеличивающейся скоростью по мере приближения газа к черной дыре ("сохранение углового момента"). Чтобы попасть внутрь, газ должен замедлиться и потерять энергию. Магнитные поля, связанные со струей частиц, которые взаимодействуют с закрученным газовым диском, могут обеспечить такой "тормозной механизм" и помочь газу попасть внутрь.
|
|
|
|
Это означает, что последствия нового открытия, вероятно, станут основой для любой будущей модели роста черных дыр в ранней Вселенной: они предполагают существование большого количества активных ядер галактик 12,9 миллиарда лет назад, в которых были струи и, следовательно, связанные с ними магнитные поля, которые могут помогать черным дырам. растут со значительной скоростью.
|
|
|
|
Источник
|
