Астрономы обнаружили самый большой квазар в ранней Вселенной

Астрономы обнаружили самый массивный квазар, известный в ранней Вселенной, содержащий чудовищную черную дыру с массой, эквивалентной 1,5 миллиардам солнц.

Формально обозначенный как J1007 + 2115, недавно обнаруженный квазар является одним из двух известных из того же самого космологического периода. Квазары — самые яркие объекты во вселенной, и с момента их открытия астрономы стремились определить, когда они впервые появились в нашей космической истории.

В честь своего открытия с помощью телескопов на Маунакеа, горе, почитаемой в гавайской культуре, квазар получил гавайское имя Pōniuāʻena, что означает «невидимый вращающийся источник творения, окруженный блеском».

Согласно современной теории, квазары представляют собой активные ядра галактик на начальном этапе развития, в которых сверхмассивная чёрная дыра поглощает окружающее веществ.

По мере того как черные дыры поглощают окружающую материю, такую ​​как пыль, газ или даже целые звезды, они испускают огромное количество энергии, что приводит к яркости, которая может затмить целые галактики.

Сверхмассивная черная дыра, приводящая в действие Pōniuāʻena, делает этот квазар самым отдаленным и, следовательно, самым ранним объектом во Вселенной, в котором находится черная дыра, превышающая 1 миллиард солнечных масс.

Согласно новому исследованию, документирующему открытие квазара, свету из «Пуньюаны» потребовалось 13,02 миллиарда лет, чтобы достичь Земли — его путешествие началось всего через 700 миллионов лет после Большого взрыва.

«Вопрос о том, как такая огромная черная дыра может материализоваться, когда Вселенная еще находилась в зачаточном состоянии, долгое время ставил в тупик астрономов и космологов», — сказал соавтор исследования профессор Сяохэй Фань.

«Это открытие представляет собой самую большую проблему для теории образования и роста черных дыр в ранней Вселенной».

Согласно современным космологическим моделям, идея о том, что черная дыра размером с Поньюаэна могла развиться из гораздо меньшей черной дыры, образовавшейся в результате коллапса одной звезды за столь короткое время после Большого взрыва, практически невозможна.

Вместо этого авторы исследования предполагают, что квазар должен был бы начаться как «семенная» черная дыра, уже содержащая эквивалентную массу 10 000 Солнц уже через 100 миллионов лет после Большого Взрыва.

Современная теория предполагает, что в начале Вселенной, после Большого Взрыва, атомы были слишком далеки друг от друга, чтобы взаимодействовать и образовывать звезды и галактики. Рождение звезд и галактик в том виде, в каком мы их знаем, произошло в эпоху реионизации, примерно через 400 миллионов лет после Большого Взрыва.

Под воздействием нагрева молекулы водорода были лишены электронов в процессе, известном как реионизация. Этот процесс длился всего несколько сотен миллионов лет и является предметом постоянных исследований.

Открытие квазаров, подобных Поньюаэне, глубоко в эпоху реионизации является большим шагом к пониманию процесса реионизации и образования ранних сверхмассивных черных дыр и массивных галактик. В эпоху реионизации Поньюаэне наложил новые и важные ограничения на эволюцию материи между галактиками, известной как межгалактическая среда.

«Этот квазар выглядит так, как будто он был обнаружен прямо в середине этого периода, — говорят ученые, — и тот факт, что мы можем наблюдать эти объекты, помогает нам уточнить, что произошло в течение этого периода.»

«Poniua’ena: A Luminous z = 7.5 Quasar Hosting a 1.5 Billion Solar Mass Black Hole,» Jinyi Yang et al., 2020, to appear in Astrophysical Journal Letters arxiv.org/abs/2006.13452