Представьте факел, который горел ярче тысяч галактик на протяжении миллиардов лет — и вдруг начал медленно гаснуть. Именно это, по всей видимости, происходит с одним из далёких квазаров Вселенной, который японские и европейские астрономы наблюдали на протяжении двадцати лет. Открытие вошло в научный журнал Publications of the Astronomical Society of Japan в 2025 году.
Это первый случай, когда удалось столь подробно зафиксировать возможный момент «выключения» массовой аккреции — процесса поглощения материи сверхмассивной чёрной дырой. Открытие бросает вызов нашему пониманию того, как живут и умирают самые яркие объекты Вселенной.
🌌 Что такое квазар и почему чёрные дыры так ярко светят?
В центре почти каждой крупной галактики — включая нашу собственную — скрывается сверхмассивная чёрная дыра (СМЧД). Масса таких объектов в миллионы и даже миллиарды раз превышает массу Солнца. Когда вещество — газ, пыль, остатки звёзд — падает на чёрную дыру, оно не исчезает молча. Спиралевидно закручиваясь в аккреционный диск, материя разогревается до экстремальных температур и испускает колоссальное количество энергии. Такой активный центр галактики называется активным ядром галактики, или AGN (Active Galactic Nucleus).
Квазар — это AGN настолько яркий, что затмевает всю остальную галактику: один объект светит ярче, чем сотни миллиардов звёзд вместе взятых. Именно поэтому их видно с расстояния в миллиарды световых лет.
Аналогия: представьте гигантскую воронку с водой — аккреционный диск. Чем активнее поток воды (вещества), падающего в воронку (чёрную дыру), тем больше энергии выделяется и тем ярче светит квазар. Если поток иссякает — квазар начинает гаснуть.
🔭 Как было сделано открытие
Группа астрономов под руководством Томоки Морокумы (Технологический институт Тибы, Япония) сравнивала яркость более 30 000 квазаров, каталогизированных Слоановским цифровым обзором неба (SDSS) в начале 2000-х годов, с их современными снимками, полученными камерой Hyper Suprime-Cam (HSC) на 8-метровом телескопе Subaru (Гавайи).
Среди десятков тысяч объектов один резко выделился. Квазар SDSS J021801.90−003657.7 (далее — J0218−0036), расположенный на красном смещении z≈1,767, поблёк в оптическом диапазоне примерно в 20–30 раз за двадцать лет наблюдений. По меркам астрофизики — это мгновение.
«Красное смещение z = 1,767 означает, что свет от этого квазара был испущен примерно 10 миллиардов лет назад, когда Вселенной было около 3,8 миллиарда лет.»
Для сравнения: типичная вариабельность квазаров — около 0,2 звёздной величины. J0218−0036 изменился на 3,26 звёздной величины в полосе g — это в 20 раз превышает обычную амплитуду изменчивости. Команда немедленно направила на объект крупнейшие телескопы мира: испанский Gran Telescopio Canarias (GTC, 10,4 м), американский Keck-I (10 м), японский Subaru и SOAR (4,1 м).
📉 Что происходит с квазаром
Наблюдая объект в оптическом, инфракрасном и рентгеновском диапазонах на протяжении 70 лет (используя архивные данные вплоть до 1950-х годов), исследователи восстановили подробную историю его угасания.
- Яркость AGN-компоненты упала примерно в 50 раз с начала 2000-х по 2023 год.
- Отношение Эддингтона (λEdd) — важнейший параметр, показывающий, насколько интенсивно черная дыра поглощает вещество, — снизилось с ~0,4 до ~0,008, то есть тоже примерно в 50 раз. Текущее значение ничтожно мало: чёрная дыра «недоедает».
- Полная яркость квазара в 2023 году определяется уже не AGN-компонентой, а самой галактикой-хозяином — объект больше не выглядит как квазар в традиционном смысле.
Аналогия: представьте прожектор на сцене, который при включении полностью ослепляет зрителей. Если прожектор выключить, зал погружается в мягкий рассеянный свет самого зала — галактики. Именно это и произошло: AGN угас, и теперь доминирует фоновый свет звёзд.
🧪 Пыль или иссякание? Как учёные разобрались в причинах
Когда квазар резко тускнеет, первая мысль: может, его загородило облако пыли? Как смог разобраться телескоп, наблюдающий сквозь миллиарды световых лет, что произошло на самом деле?
Ключевой инструмент — разложение спектральной энергетической распределённости (SED, Spectral Energy Distribution). SED — это своеобразная «подпись» источника: график того, как меняется его яркость на разных длинах волн. Угасание от пыли и угасание от снижения аккреции оставляют разные отпечатки: пыль поглощает короткие волны сильнее, чем длинные, изменяя цвет источника. Реальное снижение аккреции уменьшает яркость почти равномерно.
Команда провела байесовское SED-разложение по шести эпохам наблюдений (” мультиэпоховую подгонку”) — это как сравнить шесть последовательных рентгеновских снимков одного и того же пациента, чтобы понять динамику болезни. Два сценария были проверены:
- Сценарий (i): реальное снижение яркости AGN — аккреционный диск действительно стал менее мощным.
- Сценарий (ii): переменное пылевое поглощение — облако пыли постепенно загораживает квазар.
Результат однозначный. Критерии Акаике (AIC) и Байеса (BIC) — стандартные статистические инструменты выбора между конкурирующими моделями — показали разницу ΔAIC = 3550 и ΔBIC = 3554 в пользу первого сценария. Это катастрофическое превосходство: по любым меркам, объяснение пылью практически исключено. Спектры, снятые на телескопе Keck, подтвердили: широкие эмиссионные линии C IV, C III] и Mg II ослабли в 21–38 раз — вместе с континуумом, что согласуется именно со снижением аккреции, а не с затемнением пылью.
⏱️ Загадка временны́х масштабов
Здесь кроется одна из самых интригующих проблем. Стандартная теория аккреционного диска предсказывает: вязкий временной масштаб — время, за которое вещество может перераспределиться в диске — должен составлять порядка 100 000 лет для чёрной дыры такой массы. Квазар же угас за каких-то ~700 дней в системе отсчёта квазара (или ~2000 дней в наблюдаемой системе отсчёта).
«700 дней против 100 000 лет — теория расходится с наблюдением в тысячи раз.»
Это противоречие — не частность, а фундаментальная проблема современной астрофизики. Если стандартный аккреционный диск не может объяснить столь быструю перестройку, значит, в центре квазара происходит что-то принципиально иное. Возможно, это переход к режиму радиационно неэффективной аккреции (RIAF — Radiatively Inefficient Accretion Flow) или адвекционно-доминированного течения (ADAF — Advection-Dominated Accretion Flow): когда аккреция становится слабой, диск может перестроиться в принципиально иную структуру, подобно тому, как поток воды в трубе переходит из турбулентного режима в ламинарный.
Показательная аналогия из мира двойных звёздных систем: в маломассивных системах с чёрными дырами (рентгеновских двойных) наблюдаются похожие переходы между состояниями аккреции — буквально за дни и недели. Вопрос в том, работают ли те же механизмы для чёрных дыр в миллиарды раз массивнее.
🌏 Галактика-хозяин: что скрывалось за светом квазара
Когда AGN угасает, открывается редкая возможность: изучить галактику-хозяин, которую раньше полностью заглушал яркий квазар. Это как выключить прожектор на сцене и наконец разглядеть декорации и актёров.
SED-разложение дало следующий портрет галактики-хозяина J0218−0036:
- Звёздная масса: ∼1,4 × 10¹¹ M☉ — около 140 миллиардов солнечных масс. Это типичная крупная галактика.
- Возраст звёздного населения: ∼3,5 миллиарда лет.
- Темп звездообразования (SFR): близок к нулю. Галактика не рожает новых звёзд — она «мёртвая», красная и спокойная (quiescent galaxy), а не бурная звездообразующая система.
- Соотношение масс чёрной дыры и галактики: ∼1×10⁻³, что согласуется с локальными значениями.
Именно такие «спокойные» галактики — массивные, без новых звёзд, с массивной чёрной дырой в центре — учёные связывают с угасшими квазарами прошлого. Наблюдение J0218−0036 может быть прямым «фотоснимком» этого перехода в действии.
📡 Как ищут угасающие квазары: метод иголки в стоге сена
Открытие J0218−0036 стало возможным благодаря уникальной стратегии. Наблюдение сотен тысяч квазаров в течение десятилетий — в грубом приближении — эквивалентно наблюдению одного квазара в течение миллионов лет. Это статистический телескоп времени: вместо того чтобы ждать редкое событие у одного объекта, можно поймать его среди тысяч одновременно наблюдаемых.
Исследователи сравнили каталоги SDSS (начало 2000-х) и HSC (2010-е) для 31 549 квазаров, применив три критерия отбора: (1) изменение яркости > 0,5 звёздной величины сразу в трёх фильтрах; (2) присутствие вытянутой структуры (что указывает на галактику-хозяина, ставшую видимой после угасания AGN); (3) отсутствие в радиокаталогах (исключает блазары, чья вариабельность связана с релятивистскими джетами, а не с аккрецией). Среди 57 кандидатов J0218−0036 показал наибольшую амплитуду угасания.
✨ Почему это открытие важно?
Квазары сыграли ключевую роль в формировании современной Вселенной: в прошлом они интенсивно выбрасывали энергию и вещество, регулируя рост своих галактик (так называемая AGN-обратная связь). Как именно квазары «выключаются» — один из главных открытых вопросов космологии.
- Прямое свидетельство угасания. Большинство «мёртвых» сверхмассивных чёрных дыр мы видим уже после завершения активной фазы. J0218−0036 может быть пойман прямо в процессе перехода.
- Вызов теории аккреционных дисков. Наблюдаемый временно́й масштаб угасания на несколько порядков короче предсказанного стандартными моделями. Это требует либо новой физики, либо пересмотра существующих моделей.
- Связь AGN и галактик. Обнаружение квиесцентной (без звездообразования) галактики-хозяина подтверждает существующую теоретическую картину: активные чёрные дыры «тормозят» звёздообразование в своих галактиках.
- Методология будущих поисков. Работа демонстрирует мощь сопоставления широкоугольных фотометрических обзоров разных эпох — подход, который станет ещё мощнее с запуском телескопа Руби Пэйн (LSST/Vera C. Rubin Observatory), способного мониторить миллиарды объектов ночь за ночью.
💡 Заключение: космология в реальном времени
J0218−0036 — не просто очередной тускнеющий квазар. Это потенциальный «фотоснимок» одного из важнейших переходов в жизни галактики: момента, когда сверхмассивная чёрная дыра перестаёт активно кормиться и погружается в многомиллиардолетнюю дремоту.
Расстояние до объекта составляет около 10 миллиардов световых лет. Это означает, что мы наблюдаем события, произошедшие задолго до появления Солнечной системы — примерно тогда, когда Вселенная только приближалась к своему «полудню» активного звёздо- и галактикообразования.
Впереди — изучение ещё 56 найденных кандидатов на угасание из того же обзора. Если J0218−0036 не исключение, а закономерность, наука получит возможность систематически изучать «смерть» квазаров — явление, которое оставалось практически недоступным для прямого наблюдения.
Источник: Morokuma T., Schramm M., Kawaguchi T. et al. (2025). A possible shutting-down event of mass accretion in an active galactic nucleus at z ∼ 1.8. Publications of the Astronomical Society of Japan, 77(6), 1350–1364. https://doi.org/10.1093/pasj/psaf115
Подписывайтесь на канал чтобы не пропустить новые статьи