Почему одни квазары красные, а другие голубые? Ответ скрыт в пыли

Международная группа астрономов под руководством Мэтью Степни из Центра передового опыта в области астрофизики и смежных технологий (Чили) обнаружила 77 ранее неизвестных сильно покрасневших квазаров (HRQ) — сверхмассивных черных дыр, скрытых плотными облаками пыли. Результаты исследования, основанные на данных инфракрасного телескопа SPHEREx (NASA), опубликованы на сервере препринтов arXiv.

В центре большинства крупных галактик находится сверхмассивная черная дыра. Когда она активно поглощает окружающий газ и пыль, вокруг нее возникает невероятно яркое свечение — так рождается квазар, один из самых мощных источников энергии во Вселенной. Однако некоторые квазары почти невозможно увидеть в оптические телескопы: они окутаны плотными пылевыми оболочками, которые поглощают видимый свет и переизлучают его в инфракрасном диапазоне.

Такие объекты называют сильно покрасневшими квазарами (или HRQ), то есть квазарами, чей свет сильно покраснел из-за плотных пылевых облаков. До недавнего времени было известно лишь около пятидесяти таких объектов, каждый из которых находили по отдельности, методом проб и ошибок.

Новое исследование, проведенное командой Мэтью Степни, более чем удвоило число известных сильно покрасневших квазаров. Ученые проанализировали данные инфракрасного телескопа SPHEREx, который способен сканировать большие участки неба, и нашли 77 скрытых пылью квазаров. Возраст Вселенной в момент излучения этих объектов составлял от 1,6 до 4,3 миллиарда лет. Среди них оказались семь самых далеких квазаров такого типа, существовавших уже через 2,1 миллиарда лет после Большого взрыва — их красное смещение превышает 3, что является рекордом для подобных объектов.

Открытие этих HQR важно для проверки ведущей теории эволюции галактик. Согласно этой теории, сверхмассивные черные дыры проходят короткую, но бурную фазу роста, когда столкновение двух галактик заставляет газ устремляться к центру. Это одновременно запускает интенсивное звездообразование и питает черную дыру.

На этом этапе вокруг ядра галактики образуется плотный пылевой кокон, который вызывает «покраснение» излучения квазара. Кроме того, пыль делает радиационные ветры от черной дыры особенно мощными, создавая механизм так называемой экстремальной обратной связи, когда энергия от квазара разгоняет газ и прекращает звездообразование в галактике.

Сравнив новую выборку с двумя другими популяциями — галактиками, скрытыми горячей пылью (Hot DOGs, Hot Dust-Obscured Galaxies) и хорошо изученными голубыми квазарами без пылевого экрана — ученые обнаружили удивительную закономерность. Сильно покрасневшие квазары по степени затенения находятся между этими крайностями, но при этом в них оказалось меньше горячей пыли, чем даже у незатененных голубых квазаров.

Более того, после поправки на поглощение света эти объекты проявили себя как одни из самых ярких известных квазаров, однако они излучали сравнительно слабо в инфракрасном диапазоне, который обычно связан с пылевыми структурами.

Такое сочетание — экстремальная светимость и одновременно истощенные запасы пыли, говорит о том, что эти квазары находятся в критической фазе «выброса». Мощная обратная связь от активно питающейся черной дыры уже начала очищать окружающий пылевой кокон, но сам квазар все еще светит с невероятной силой.

В трех четвертях всех обнаруженных объектов астрономы также заметили неожиданный избыток ультрафиолетового излучения. Частично его можно объяснить рассеянием света по краям пылевого облака, но в некоторых случаях он может быть вызван вспышкой звездообразования в самой галактике, а это еще один признак бурных процессов, сопровождающих слияние галактик.

Таким образом, новые данные убедительно подтверждают, что сильно покрасневшие квазары это не просто редкие аномалии, а краткий, но важный переходный этап в жизни каждой крупной галактики. Ученые впервые получили статистически значимую выборку таких объектов, что позволило зафиксировать момент, когда сверхмассивная черная дыра перестраивает свою галактику, выдувая пыль и газ и превращаясь из скрытого «кокона» в яркий, обнаженный квазар.

В дальнейшем команда планирует использовать возможности телескопа SPHEREx для наблюдения всего неба, чтобы найти еще больше таких HQR и понять, какую роль они играли в эпоху космического полудня — периода наиболее активного роста черных дыр во Вселенной.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях