Астрономы нашли запыленный квазар из юной Вселенной

Международная группа исследователей под руководством Даминга Янга из Лейденской обсерватории обнаружила необычно запыленный квазар J1440+0019, который существовал, когда Вселенной было меньше миллиарда лет. Наблюдения космического телескопа Джеймс Уэбб и комплекса ALMA показали, что в этом объекте сверхмассивная черная дыра быстро поглощает вещество, а его галактика-хозяин богата пылью и ярко светится в инфракрасном диапазоне. Статья с результатами опубликована на сервере препринтов arXiv.

Квазары это активные ядра галактик, где сверхмассивная черная дыра жадно втягивает в себя окружающее вещество. Обычно астрономы ищут их по яркому ультрафиолетовому свечению, но пыль способна закутать такой объект и сделать его почти невидимым для этого метода. Именно поэтому квазары, покрасневшие от пыли, долго оставались в тени: их находили редко, а их внутреннее строение и окружение изучено плохо. Объект J1440+0019 относится к эпохе, когда Вселенная переживала реионизацию — период, когда ультрафиолетовое излучение первых звезд и галактик превратило нейтральный водород в ионизированный. Изучение таких объектов помогает понять, когда и как зажигались первые активные галактики и сколько из них скрыто от наших глаз.

Квазар J1440+0019 находится на красном смещении 6,5488, то есть мы видим его таким, каким он был в первые сотни миллионов лет после Большого взрыва. Его спектр, полученный в ближнем инфракрасном диапазоне, имеет характерную форму, указывающую на умеренное покраснение из-за пыли. При этом ядро квазара видно напрямую, хотя и через пылевую завесу, перед нами так называемый красный квазар первого типа. В спектре также обнаружено поглощение высокоионизированных элементов, смещенное в синюю область. Это означает, что газ движется в нашу сторону со скоростью до 3600 километров в секунду, и такой признак убедительно указывает на быстрый выброс вещества из окрестностей черной дыры.

Оценки показали, что масса черной дыры составляет около 1,1 миллиарда масс Солнца, а светимость квазара соответствует примерно 80 процентам от предельной светимости по Эддингтону. Иными словами, черная дыра поглощает вещество почти на пределе своих возможностей. Наблюдения ALMA выявили, что галактика-хозяин исключительно ярко излучает ионизированный углерод и входит в число самых ярких известных источников такого рода на красных смещениях выше шести.

В ней содержится около 400 миллионов солнечных масс пыли, а темп звездообразования может достигать примерно 1330 звезд, подобных Солнцу, в год. Любопытно, что для первичной оценки газа и пыли хватило всего 5,5 минут работы ALMA — это говорит о том, что будущие широкие обзоры смогут дешево и быстро находить похожие богатые пылью системы.

Сравнивая J1440+0019 с другими квазарами ранней Вселенной, исследователи пришли к выводу, что красные и затемненные источники охватывают разные стадии аккреции и разные свойства родительских галактик. Сам пылевой резервуар этого объекта напоминает резервуары сильно покрасневших систем, хотя пыль в ядре ближе к умеренно покрасневшим квазарам в локальной Вселенной. Авторы отмечают, что новые телескопы Euclid и Roman смогут собрать в будущем более полную выборку таких объектов и закрыть пробел в наблюдениях.

Результат исследования заключается в том, что J1440+0019 представляет собой умеренно покрасневший, быстро аккрецирующий квазар в яркой и богатой пылью галактике эпохи реионизации. Его измеренные свойства ядра и галактики-хозяина дают астрономам ориентир для поиска и изучения похожих систем в будущих широких инфракрасных обзорах, а короткое время наблюдения ALMA показывает, что такие поиски могут быть эффективными и недорогими.