Раскрыт секрет питания первых сверхмассивных чёрных дыр

Самый большой в мире телескоп VLT помог астрономам понять, откуда взялось вещество для возникновения и подпитки монстров массой в миллиарды солнц, когда возраст Вселенной составлял менее 10% нынешнего. Учёные разглядели огромные облака газа, которым питались чёрные дыры в эпоху рождения первых звёзд.

Достижение описано в научной статье, опубликованной в издании Astrophysical Journal.

Герой Киплинга интересовался, что кушает на обед крокодил. Астрономов занимают другие хищники, и они давно задаются вопросом, чем обедали первые сверхмассивные чёрные дыры.

Не так давно были обнаружены квазары, уже светившиеся, когда Вселенной было всего 870 миллионов лет (сейчас ей уже почти 14 миллиардов). Как известно, квазар представляет собой сверхмассивную чёрную дыру, на которую падает мощный поток вещества. Но откуда в новорождённых, едва начавших формироваться галактиках взялось столько газа, чтобы сформировать из него чёрные дыры массой в миллиарды солнц, да ещё и обеспечивать им "усиленный режим питания"?

"Существование этих ранних монстров с массой в несколько миллиардов солнечных масс — большая загадка", — констатирует первый автор статьи Эмануэле Фарина (Emanuele Farina) из Института астрономии Общества имени Макса Планка.

К тому же эта эпоха — время образования первых звёзд, известное как космический рассвет. И наблюдения на радиотелескопе ALMA показали, что светила тогда рождались сотнями в год. Казалось бы, этот процесс должен был серьёзно истощить запасы газа в только что возникших галактиках. Чем же в таком случае питались чёрные дыры?

Чтобы выяснить это, исследователи запустили обзор древнейших квазаров на телескопе VLT с использованием приёмника MUSE. Проект получил название REQUIEM. Это сокращение от Reionization Epoch QUasar InvEstigation with MUSE ("Исследование квазаров эпохи реионизации с MUSE").

Несмотря на заупокойное название, этот обзор посвящён не смерти, а рождению — рождению первых звёзд, галактик и вообще космоса в его нынешнем виде. Если это и реквием, то реквием по космической тьме, которую разогнали лучи вспыхнувших светил.

Поясним, что эпоха реионизации — это и есть космический рассвет. По мере того как Вселенная остывала после Большого взрыва, недавно образовавшиеся атомные ядра и электроны объединялись в нейтральные атомы. Когда же возникли первые звёзды, их излучение снова оторвало электроны от атомов, заново ионизировав окружающий газ. Поэтому астрономы и говорят о повторной ионизации, или реионизации.

Облако водорода вокруг квазара по данным VLT (голубой) вместе с изображением слияния галактик от ALMA (оранжевый). Иллюстрация ESO/Farina et al.; ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Decarli et al.

В своей статье Фарина и соавторы представили первые результаты проекта. Учёные исследовали 31 квазар возрастом более 2,5 миллиарда лет. Ещё раз напомним, что рождение Вселенной в Большом взрыве произошло 13,8 миллиарда лет назад. К слову, на сегодняшний день это одна из самых больших выборок таких далёких квазаров, несмотря на то, что "Реквием" взял только первые ноты.

Выяснилось, что 12 из изученных квазаров окружены гигантскими облаками холодного и плотного по космическим меркам водорода. Подобное облако простирается почти на сто тысяч световых лет и имеет массу в миллиарды солнц.

"Теперь мы можем впервые продемонстрировать, что первичные галактики действительно имели достаточное количество "питания" в своих окрестностях, чтобы поддерживать как рост сверхмассивных чёрных дыр, так и интенсивное звездообразование", — отмечает Фарина.

Свечение холодного водорода очень слабое, и его трудно заметить, особенно на фоне ярких квазаров. Успех астрономам обеспечили несравненные качества используемого инструмента.

"Затрачивая всего по нескольку часов на объект, мы смогли проникнуть [взглядом] в окрестности самых массивных и прожорливых чёрных дыр, существовавших в молодой Вселенной", — с гордостью сообщает исследователь.

Добавим, что обзор квазаров на VLT, имеющем четыре восьмиметровых зеркала, только начат. Но астрономам уже не терпится использовать для этой цели строящийся мегателескоп ELT с 39-метровым зеркалом.

"Благодаря мощи ELT мы сможем проникнуть ещё глубже в раннюю Вселенную и найти намного больше таких газовых туманностей", — уверен Фарина.

К слову, ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали о самом далёком объекте в известной Вселенной и о древнейшей галактике, звёзды которой оказались неожиданно зрелыми.

Текст: Вести.Наука

Источник: Вести