Міжнародна група астрономів, використовуючи архівні дані Космічного телескопа імені Габбла та інших космічних і наземних обсерваторій, виявила унікальний об’єкт у ранньому Всесвіті. Він є важливою ланкою, яка пов’язує галактики з активним зореутворенням і найдавніші надмасивні чорні діри. Цей об’єкт є першим у своєму роді, який виявлено так рано в історії Всесвіту, і він досі був непомітним в одній з найкраще вивчених ділянок нічного неба.
Астрономи намагалися зрозуміти появу надмасивних чорних дір у ранньому Всесвіті відтоді, як ці об’єкти виявили на відстанях, що відповідають часу лише 750 мільйонів років після Великого Вибуху [1]. Чорні діри, які швидко зростають, в галактиках, багатих газом і пилом, з активним процесом формування зір передбачені як в теорії, так і підтверджені комп’ютерним моделюванням. Але досі їх не спостерігали. Тепер, однак, астрономи повідомили про відкриття об’єкта (його назвали GNz7q), що, як вони вважають, є першою такою чорною дірою, знайденою в ранньому Всесвіті. Архівні дані, отримані за допомогою приймача «Передова камера для оглядів» (Advanced Camera for Surveys) «Габбла», дали змогу науковій групі вивчити компактне ультрафіолетове випромінювання з акреційного диска чорної діри і визначити, що GNz7q існував лише через 750 мільйонів років після Великого Вибуху.
«Наш аналіз показує, що GNz7q є першим прикладом чорної діри, яка швидко зростає в пиловому ядрі галактики з активним зореутворення в епоху, близьку до появи найперших надмасивних чорних дір у Всесвіті», — пояснив Сейдзі Фудзімото (Seiji Fujimoto), астроном із Інститут Нільса Бора Копенгагенського університету в Данії і перший автор статті, де описане це відкриття. «Властивості об’єкта у всіх діапазонах електромагнітного спектра дивовижно узгоджуються з прогнозами теоретичного моделювання».
Сучасні теорії передбачають, що надмасивні чорні діри починають своє життя в заповнених пилом ядрах галактик з активним утворенням зір (зі «спалахом зореутворення»), а потім виштовхують навколишній газ і пил і стають дуже яскравими квазарами. Хоча вони надзвичайно рідкісні, приклади як галактик зі спалахом зореутворення, так і яскравих квазарів виявлено в ранньому Всесвіті. Наукова група вважає, що GNz7q може бути «відсутньою ланкою» між цими двома класами об’єктів.
«GNz7q забезпечує прямий зв’язок між цими двома рідкісними популяціями та відкриває новий шлях до розуміння швидкого зростання надмасивних чорних дір на початку існування Всесвіту», — сказав Фудзімото. «Об’єкт, який ми відкрили, — це попередник надмасивних чорних дір, які ми спостерігаємо в наступні епохи».
Хоча науковці не можуть повністю відкинути інші інтерпретації даних, спостережувані властивості GNz7q повністю узгоджуються з теоретичними прогнозами. Материнська галактика GNz7q формує зорі зі швидкістю 1600 зір сонячної маси на рік [2], а сам GNz7q є яскравим в ультрафіолетових хвилях, але дуже слабким на довжинах хвиль рентгенівського випромінювання. Наукова група інтерпретувала ці дані, разом з тим фактом, що материнська галактика яскрава в інфрачервоному випромінюванні, щоб зробити припущення: GNz7q ховає в собі чорну діру, яка швидко росте. Вона все ще закрита в ядрі, огорнутому пилом й оточеному акреційним диском, в центрі материнської галактики, що утворює зорі.
Окрім важливості GNz7q для розуміння походження надмасивних чорних дір, це відкриття заслуговує на увагу ще й тим, що об’єкт виявлено в полі «Габбла» GOODS North, тобто в одній з найбільш ретельно вивчених ділянок нічного неба [3].
Об’єкт, який астрономи називали GNz7q, показаний на цій світлині (праворуч) у центрі зображення поля «Габбла» GOODS-North. Фото з сайту https://esahubble.org.
«GNz7q — це унікальне відкриття. Об’єкт знайдено прямо в центрі відомого, добре вивченого небесного поля. А це вказує на те, що великі відкриття часто можуть бути приховані прямо перед вами», — зауважив Ґабріель Браммер (Gabriel Brammer), інший астроном з Інституту Нільса Бора Копенгагенського університету, учасник наукової групи, яка стоїть за цим результатом. «Малоймовірно, що виявлення GNz7q у відносно невеликій зоні дослідження GOODS-N було простим везінням. Насправді поширеність таких джерел може бути значно вищою, ніж астрономи вважали раніше».
Відкриття об’єкта GNz7q, що ховався на видноті, стало можливим лише завдяки унікальним, детальним наборам даних, отриманим на різних довжинах хвиль під час спостережень поля GOODS-North. Без цього багатства даних GNz7q легко б не помітили, бо він не має відмінних рис, які зазвичай використовували для ідентифікації квазарів у ранньому Всесвіті. Тепер наукова група сподівається систематично шукати такі об’єкти, використовуючи спеціальні знімки з високою роздільною здатністю. Науковці розраховують скористатися перевагами спектроскопічних інструментів космічного телескопа Джеймса Вебба, щоб досліджувати такі об’єкти, як GNz7q, дуже докладно.
«Повна характеристика цих об’єктів і дослідження їхньої еволюції та фізики, яка є їх основі, стануть можливими за допомогою космічного телескопа Джеймса Вебба» — зазначив Фудзімото. «Коли “Вебб” розпочне роботу, то з’явиться можливість визначити, якими поширеними насправді є ці чорні діри, що швидко зростають».
Примітки
[1] Хоча у повсякденному житті світло рухається так швидко, що це непомітно, величезні відстані в астрономії означають: коли астрономи дивляться на більш віддалені об’єкти, то вони також дивляться назад у часі. Наприклад, світло від Сонця досягає Землі приблизно за 8,3 хвилини, тобто ми бачимо Сонце таким, яким воно було 8,3 хвилини тому. Найвіддаленіші об’єкти є найвіддаленішими в часі, а це означає, що астрономи, які вивчають дуже далекі галактики, можуть вивчати найдавніші етапи розвитку Всесвіту.
[2] Це не означає, що в материнській галактиці GNz7q щороку утворюється 1600 схожих на Сонце зір. Ідеться про те, що протягом року утворюється багато зір із загальною масою, яка в 1600 разів перевищує масу Сонця.
[3] GOODS — The Great Observatories Origins Deep Survey — це астрономічне дослідження, в якому астрономи виконували й виконують спостереження небесних об’єктів у різних довжинах хвиль за допомогою найбільших натепер телескопів, зокрема Космічного телескопа імені Габбла, космічних телескопів «Гершель», XMM-Newton, «Спітцер», рентгенівської обсерваторії «Чандра» та потужних наземних телескопів.
За інф. з сайту https://esahubble.org підготував Іван Крячко
