Квазар, более чем в 500 триллионов раз ярче нашей звезды, является самым ярким известным объектом во Вселенной. Астрофизики утверждают, что источником его энергии является сверхмассивная черная дыра, которая каждый день поглощает "кусок" межзвездной материи размером с Солнце.
Астрофизики обнаружили квазар, удаленный от нас на 12 миллиардов световых лет, внутри которого находится сверхмассивная черная дыра, ежедневно поглощающая межзвездную материю размером с Солнце. Концептуальное изображение рекордного квазара J0529-4351. Представлено Europeans Soutchern Observatory, ESO/М. Kornmesser
Квазары — это галактические ядра, в которых газ и пыль, падающие в сверхмассивную черную дыру, выделяют энергию в виде электромагнитного излучения. Кристиан Вольф из Австралийского национального университета в Канберре и его коллеги впервые заметили самый яркий квазар в 2022 году. Астрономический объект получил название J0529-4351. Он был обнаружен благодаря данным космического телескопа Gaia. Эта обсерватория занимается в том числе, поиском чрезвычайно ярких объектов за пределами Млечного Пути, которых ранее неправильно идентифицировали как звезды.
Вольф и его коллеги использовали спектрометр VLT, чтобы проанализировать свет, исходящий от J0529-4351, и рассчитать, какое его количество было произведено аккреционным диском вокруг черной дыры, состоящим из газа и пыли. В результате выяснилось, что J0529-4351 - самая быстрорастущая черная дыра во Вселенной, поглощающая около 413 солнечных масс в год, или более одной солнечной массы в день.
Используя спектры излучения, исследователи также рассчитали, что масса черной дыры может составлять от 15 до 50 миллиардов масс нашего Солнца.
На расстоянии 13,2 миллиарда световых лет обнаружена самая древняя черная дыра, ровесница Вселенной
Вольф и его команда не впервые открывают подобные объекты: в 2018 году экспертам также удалось обнаружить самый яркий на тот момент квазар. Предыдущий рекордсмен был примерно вдвое тусклее, чем J0529-4351. Вольф считает, что новое открытие, скорее всего, еще долго будет оставаться рекордсменом, поскольку подавляющая часть наблюдаемого неба теперь изучена очень подробно благодаря подробным звездным каталогам, таким как Gaia Archive. "Это самый огромный единорог с самым длинным рогом на голове из всех, что нам удалось обнаружить. Не думаю, что нам удастся превзойти этот рекорд в ближайшее время", - говорит Вольф.
"Аккреционный диск этого квазара, похоже, самый маштабный из всех известных - 7 световых лет в поперечнике. Это дает необычную возможность получить прямое изображение черной дыры и точно измерить ее массу", - говорит Кристин Доун из Даремского университета (Великобритания). "Она настолько огромная и яркая, что мы могли бы разглядеть ее с помощью наших современных инструментов", - говорит Доун. "Так что мы можем получить гораздо более точное измерение массы черной дыры в этом монстре, и именно это меня очень воодушевило".
В настоящее время в рамках проекта "Гравитация+" на VLT проводится модернизация спектроскопических приборов, что позволит детально изучить особенности J0529-4351. "В результате различные части аккреционного диска квазара можно будет дифференцировать и лучше изучить", - говорит Доун, -"правда, на это может уйти несколько лет".
На данном изображении показана область неба, в которой расположен квазар-рекордсмен J0529-4351. С помощью Очень большого телескопа ESO (VLT) в Чили было установлено, что этот астраномический объект является самым ярким из всех известных на сегодняшний день во Вселенной. Это изображение было сформировано благодаря снимкам полченным в рамках программы Digitized Sky Survey 2. В квадрате отмечено расположение квазара на снимке, полученном в рамках программы Dark Energy Survey. Credit: ESO/Digitized Sky Survey 2/Dark Energy Survey
Аннотация
В 1963 году Маартен Шмидт обнаружил первый квазар1, известный как 3C 273. Он выглядел как удивительно яркая звезда 12-й величины, а его красное смещение позволяло предположить, что он был одним из самых удаленных объектов, известных в то время. Эти два факта вместе указывали на неправдоподобно мощный выброс энергии, и с тех пор вновь найденные квазары не перестают восхищать своим мощными энергитеческими всплесками из относительно небольшой области пространства. Это можно объяснить только тем, что гравитационная энергия преобразуется в тепловую и световую внутри вязкого аккреционного диска вокруг сверхмассивной черной дыры СМЧД.
Квазары являются своего рода индикаторами быстрого роста СМЧД, "выставленными на всеобщее обозрение", и позволяют изучать эти процессы роста. Обнаружение больших выборок квазаров в дальнейшем позволяет собрать статистику популяции и роста, необходимую для объяснения происхождения СМЧД во Вселенной. Как правило, наиболее светящиеся квазары содержат самые быстрорастущие СМЧД. Связь между скоростью аккреции массы и светимостью зависит от массы и спина черной дыры, а также от структуры и угла обзора аккреционного диска и дисковых ветров. Сегодня известно около миллиона квазаров15, хотя некоторые из них выделяются из общей массы: в 2015 году был обнаружен сверхсветящийся квазар J0100+2802 на красном смещении z=6,316 с СМЧД массой в 10 миллиардов солнечных масс.
Благодаря новым исследованиям и новым методам обнаружения удалось занести в каталог около миллиона квазаров нашей Вселенной. Однако труднее всего найти самые редкие и самые яркие из них. В рамках данного проекта эксперты изучали свойства самых ярких из всех квазаров, обнаруженных к настоящему времени. До недавнего времени они оставались незамеченными, что свидетельствует о том, что современный обзор всего неба может многое открыть.
Черная дыра в этом квазаре аккрецирует материи около одной солнечной массы в день к уже существующему массиву в ∼17 миллиардов солнечных масс. В данном процессе только аккреционный диск черной дыры выделяет лучистую энергию в 2 × 1041 Вт. Если квазар не подвергается сильному гравитационному линзированию, то его широколинейная область будет иметь самый большой физический и угловой диаметр во Вселенной, что позволит интерферометру Очень большого телескопа получить изображения его вращения и измерить массу черной дыры напрямую.
Исключительный квазар J0529-4351. Изображение получено с помощью камеры Dark Energy Camera Legacy Survey DR10 размером 20×20arcsec2; север - вверху, восток - слева; соседняя M-звезда выделена красным цветом.
Это будет важной проверкой зависимости размера широколинейной области от светимости, экстраполяция которой лежит в основе распространенных оценок массы черной дыры на высоких красных смещениях, считают ученые.