Международная группа астрономов обнаружила самый далекий на сегодняшний день квазар - космическое чудовище на расстоянии более 13 миллиардов световых лет от нас, приводимое в действие сверхмассивной черной дырой с массой более 1,6 миллиарда солнечных масс, которое светится более чем в 1000 раз ярче, чем вся наша галактика Млечный Путь.

Квазар J0313-1806 примерно через 670 миллионов лет после Большого взрыва, каким его представляет художник. © NOIRLab / NSF / AURA / J. da Silva

Квазар под названием J0313-1806 наблюдается от нас таким, каким он выглядел, когда вселенной было всего 670 миллионов лет. Это дает астрономам ценную информацию о том, как в молодой вселенной образовывались массивные галактики (и сверхмассивные черные дыры в их центрах). Исследователи представили свои результаты на заседании Американского астрономического общества, которое в связи с известной ситуацией проходит виртуально. Это исследование было напечатано на страницах журнала Astrophysical Journal.

Новое открытие побило предыдущий рекорд расстояния для квазара, установленный три года назад. Наблюдения с помощью радиотелескопа Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) в Чили подтвердили измерение расстояния с высокой точностью.

Квазары образуются, когда сильная гравитация сверхмассивной черной дыры в центре галактики притягивает окружающее вещество, которое формирует вокруг этой черной дыры вращающийся диск сверхгорячей материи. Этот процесс высвобождает огромное количество энергии, делая квазар чрезвычайно ярким, поэтому он временами затмевает остальную часть галактики.

Черная дыра в центре J0313-1806 вдвое массивнее, чем у предыдущего рекордсмена. Этот факт дает астрономам ценную информацию о таких черных дырах и их влиянии на их родные галактики.

«Это самое раннее свидетельство того, как сверхмассивная черная дыра влияет на галактику вокруг нее», - сказал Файги Ван, стипендиат Хаббла из обсерватории Стюарда Университета Аризоны и глава исследовательской группы. - «Мы знаем, что все это должно происходить, наблюдая за менее далекими галактиками, но мы никогда не видели этого на таком раннем этапе развития вселенной».

По мнению астрономов, большая масса черной дыры квазара J0313–1806 на столь раннем этапе истории вселенной исключает возможности двух основных теоретических моделей образования таких объектов. В первой из двух этих моделей отдельные массивные звезды взрываются как сверхновые и коллапсируют в черные дыры, которые затем сливаются в более крупные черные дыры. Во второй модели в массивную черную дыру коллапсируют не отдельные звезды, а плотные звездные скопления. Однако в обоих случаях процесс занимает слишком много времени, чтобы за наблюдаемый период времени могла сформироваться такая массивная черная дыра, как та, что имеет место в случае J0313-1806.

«Это означает, что зародыш такой черной дыры в каждом отдельном случае должен возникать в результате разных механизмов», - считает Сяохуэй Фань из Университета Аризоны. - «Это механизм, в котором участвует большое количество первичного холодного водородного газа, который коллапсирует непосредственно в черную дыру».

Наблюдения ALMA J0313-1806 предоставляют удивительные подробности о родной галактике квазара, которая формирует новые звезды в 200 раз быстрее, чем наша галактика Млечный Путь. «Это относительно высокая скорость для звездообразования в галактиках аналогичного возраста, и это говорит о том, что родная галактика квазара растет очень быстро», - поясняет Джиньи Ян, соавтор исследования, научный сотрудник из Университета Аризоны.

Яркость квазара предполагает, что черная дыра должна поглощать примерно 25 солнц в год. Энергия, выделяемая этим быстрым процессом, вероятно, создает сильный поток ионизированного газа, который движется со скоростью примерно 20 процентов от скорости света. Считается, что такие оттоки в конечном итоге приводят к остановке процессов звездообразования в галактиках.

«Мы думаем, что такие сверхмассивные черные дыры и стали причиной того, что многие из больших галактик в какой-то момент перестали образовывать звезды», - говорит Фан. - «Мы видим это угасание в более поздние периоды времени, но до сих пор мы не знали, как рано в истории вселенной этот процесс начался. Этот квазар - самое раннее свидетельство того, что затухание могло произойти в очень ранние периоды вселенского времени». Этот процесс, в конце концов, оставит черную дыру без пищи и остановит ее рост.

Помимо ALMA, астрономы использовали в этом исследовании 6,5-метровый телескоп Magellan Baade, телескоп Gemini North и телескоп W.M. обсерватория Keck на Гавайях, а также телескоп Gemini South Telescope в Чили. Астрономы планируют продолжать изучение J0313-1806 и других квазаров с помощью наземных и космических телескопов.