Ученые открыли самый далекий квазар — J0313-1806, свет от которого летел к нам 13 миллиардов лет, из эпохи совсем ранней Вселенной. Квазары — это очень массивные черные дыры; как они образовались вскоре после Большого взрыва, пока загадка.
Квазары — яркие поглотители галактик
В июле 2019-го на орбиту вывели обсерваторию "Спектр-Рентген-Гамма (СРГ)", созданную в ИКИ РАН и НПО имени Лавочкина совместно с немецким космическим агентством DLR. На борту — рентгеновские телескопы ART-XC имени М. Н. Павлинского и германский eROSITA.
Обсерватория формирует полную карту Вселенной в рентгеновском диапазоне, ведет поиск крупных скоплений галактик, далеких квазаров, тесных двойных звездных систем с компактными источниками — нейтронными звездами, черными дырами, белыми карликами, звездами с хромосферной активностью.
"СРГ работает в режиме сканирования, делая шесть оборотов в сутки. За это время обсерватория смещается в пространстве на один градус и получает сканы в виде колец размером в один градус, длиной 360 градусов. За полгода телескопы отсматривают все небо. В 2020-м российские ученые из московского Института космических исследований РАН с немецкими партнерами построили рентгеновские карты неба на основе двух шестимесячных обзоров", — рассказывает астроном Ильфан Бикмаев, профессор Казанского федерального университета (участника проекта 5-100).
На сканах уже обнаружили около миллиона рентгеновских источников. Программа-робот SRGz сопоставляет их с известными объектами в архивах других телескопов. Около 250 тысяч источников — звезды Млечного Пути, похожие на Солнце, но с очень сильными магнитными пятнами. При вспышках на поверхности температура плазмы — миллионы градусов, что порождает яркое рентгеновское излучение.
Остальные 750 тысяч источников — это активные ядра галактик и квазары, черные дыры чудовищной массы. "Это очень экзотические объекты, невероятно плотные, массой до миллиардов солнечных. В наших окрестностях таких нет, и в лаборатории ничего подобного не смоделируешь", — замечает ученый.
Астрономы Казанского университета наблюдают эти загадочные квазары на оптическом полутораметровом российско-турецком телескопе РТТ-150, созданном в России и установленном в Турции. В южных широтах, в горах астроклимат намного более благоприятный.
Спектральные приборы и чувствительная ПЗС-матрица телескопа, регистрирующая фотоны, позволяют определить красное смещение z — относительную величину, показывающую скорость удаления объекта от наблюдателя из-за расширения Вселенной и расстояние до источника.
"Мы сфокусировались на оптических отождествлениях и исследовании самых далеких квазаров, обнаруженных обсерваторией СРГ в рентгеновской области. Это очень слабые оптические источники, не ярче 18-20-й звездной величины. Для них нужны крупные оптические телескопы. Зеркала собирают свет от этих слабых далеких объектов, приборы разлагают его в спектр. Мы ищем там эмиссионные линии различных химических элементов, характерные для квазаров. Из-за расширения Вселенной они удаляются от нас на большой скорости, из-за эффекта Доплера спектр смещается в красную область. Если красное смещение меньше единицы, то объект относительно близкий, порядка миллиарда световых лет от нас, z от трех до шести — это очень далекие источники, в 10-12 миллиардах световых лет. Следует отметить, что эмиссионные линии в спектрах квазаров находятся в ультрафиолетовой части спектра. Эффект Доплера смещает их в видимую область, и мы регистрируем спектры далеких квазаров с помощью оптических телескопов", — объясняет профессор Бикмаев.
Самый удаленный рентгеновский квазар, открытый СРГ и подтвержденный учеными из КФУ, находится на z=4,23. Статью об исследовании первой группы далеких квазаров СРГ на телескопе РТТ-150 недавно опубликовали в ведущем научном издании — "Письмах в астрономический журнал".
Для оптических отождествлений более далеких квазаров, на z=5-6, нужно большое зеркало, такое как у шестиметрового телескопа БТА Специальной астрофизической обсерватории РАН на Северном Кавказе. В 2020-м с его помощью исследовали один из самых ярких в рентгеновском диапазоне квазаров — SRGe J170245.3+130104 на z=5,5. Всего за два года российские ученые на четырех наземных оптических телескопах наблюдали около ста таких объектов, открытых СРГ.
Источники на красном смещении больше семи изучают в инфракрасном диапазоне, в том числе с помощью космического телескопа имени Хаббла.
Пока обнаружили не более тысячи далеких квазаров. Последний — J0313-1806 — открыли на красном смещении 7,6. Несколько лет назад его включили в список кандидатов — по данным нескольких крупных обзоров. И вот теперь подтвердили. Масса — 1,6 миллиарда солнечной. Свет от него шел к нам 13,1 миллиарда лет. Это значит, что мы получили снимок объекта, существовавшего спустя всего 670 миллионов лет после Большого взрыва. Получается, это еще и самый молодой квазар из известных нам. В его родной галактике наблюдали активное звездообразование.
Квазары — это ключ к истории Галактики. В ее центре находится черная дыра массой всего четыре миллиона солнечных, пылинка по сравнению с квазаром. Она слабо излучает в рентгене, потому что неактивна — ей нечем питаться. Практически вся пыль и газ в центре Млечного Пути ушли на образование звезд. Ближайшие черная дыра поглотила, далекие уронить на себя не может. В молодых галактиках все не так: свободное вещество еще есть, центральная черная дыра его затягивает и наращивает массу, превращаясь в квазар.