Наблюдения за квазарами ставит перед научным сообществом все больше неразрешимых вопросов. Ученые выдвинули предположение, как за короткий период эти гиганты умудряются накопить массу, в миллиарды раз превышающую массу породивших их звезд.
Квазары представляют собой одни из самых ярких и энергичных объектов во Вселенной. Эти далекие источники энергии приводятся в действие сверхмассивными черными дырами — колоссальными гравитационными двигателями, масса которых в миллионы и миллиарды раз превышает массу нашего Солнца. Они активно и с невероятной скоростью поглощают окружающую материю.
Когда газ, пыль и звездный материал закручиваются внутрь по спирали через аккреционный диск, разогретый до миллионов градусов, эта материя высвобождает огромную энергию во всем электромагнитном спектре, не успевая пересечь так называемый горизонт событий черной дыры. В результате выбросы по яркости могут затмевать целые галактики, несмотря на то, что весь этот бурный процесс происходит в области размером не больше нашей Солнечной системы.
Открытие сверхмассивных черных дыр (СМЧД) массой в миллиард и более солнечных масс в далеких квазарах бросает вызов общепринятым моделям роста структур в астрофизике. Ученые наблюдали СМЧД с красным смещением z≳6, когда Вселенной было менее миллиарда лет — теоретически недостаточно времени, чтобы они достигли таких огромных масс за счет стандартной аккреции из звездных зародышей с ограничением по Эддингтону.
Ограничение Эддингтона предполагает предел скорости, с которой вещество может падать в черную дыру, сохраняя баланс между гравитацией и давлением излучения.
Что еще больше озадачивает, так это недавние измерения зон сближения квазаров (областей повышенной светопропускаемости в межгалактической среде) и спектральных характеристик, которые позволяют предположить, что ранние квазары имеют (точнее, имели) удивительно короткий срок активной жизни — менее миллиона лет.
Команда под руководством Доминики Дуровчиковой из Института астрофизики и космических исследований Кавли Массачусетского технологического института предположила альтернативные механизмы роста, в том числе эпизодическую сверхэдиссоновскую аккрецию, слияние черных дыр и рост с помощью релятивистских струй. Этим теоретически можно объяснить, как эти космические гиганты достигли такого быстрого развития в ранней Вселенной. Команда изучила молодые квазары с красным смещением z~6, используя наблюдения Многоцелевого спектроскопического исследовательского телескопа (MUSE), входящего в инструментальный комплекс Очень Большого Телескопа (VLT).
Исследователи целенаправленно изучали квазары с необычно маленькими зонами взаимодействия, которые предполагают крайне короткий срок активной жизни — менее 1 миллиона лет, а у некоторых — всего 1000 лет. Изучая протяженные туманности Лайман-альфа (огромные светящиеся облака водородного газа) вокруг этих квазаров, команда стремилась определить, действительно ли эти объекты находятся на ранних стадиях аккреции (на что указывали бы небольшие или отсутствующие туманности) или же их маленькие зоны взаимодействия могут быть вызваны эффектом затенения, скрывающим более обширное излучение туманностей.
Их результаты, опубликованные на сервере препринтов arXiv, являются убедительным доказательством того, что эти далекие квазары только недавно «включили» движки интенсивной аккреции, обнажив сверхмассивные черные дыры в самые ранние моменты активной фазы поглощения окружающей материи.
Работа бросает серьезный вызов общепринятым моделям роста сверхмассивных черных дыр. Она предполагает, что эти космические гиганты каким-то образом достигли своих огромных масс с помощью механизмов, которые противоречат нашему нынешнему пониманию стабильных, постепенных процессов накопления вещества и энергии в ранней Вселенной.
Недавно российские ученые наблюдали чрезвычайно яркий рентгеновский квазар, невидимый в оптическом диапазоне.
Источник