В центральных областях большинства крупных галактик локализованы сверхмассивные черные дыры (СМЧД). В периоды активной аккреции вещества данные астрофизические объекты классифицируются как квазары.
Значительная популяция этих источников характеризуется высоким уровнем межзвездного поглощения, что затрудняет их регистрацию в оптическом диапазоне. В рамках представленного исследования идентифицирована выборка из 77 новых объектов, относящихся к классу сильно покрасневших квазаров (Highly Reddened Quasars, HRQ).
Полученные данные предоставляют убедительное подтверждение гипотезы о том, что HRQ представляют собой кратковременную переходную фазу в эволюции галактик. Работа была загружена на сервер arXiv 7 мая.
Согласно доминирующей теоретической модели, эволюция галактик включает короткую, но интенсивную фазу роста СМЧД, индуцированную процессами слияния галактик. При этом происходит гравитационный сток газа к центру, инициирующий как интенсивное звездообразование, так и аккрецию на центральную черную дыру.
Окружающая пылевая среда усиливает радиационное давление, формируя объекты с экстремальной обратной связью. Вследствие высокой запыленности оптические наблюдения данных источников неэффективны из-за сильного межзвездного поглощения, что делает их тусклыми и диффузными на небесной сфере.
До настоящего времени было подтверждено существование порядка 50 объектов данного типа с использованием трудоемкого метода индивидуального поиска с помощью инфракрасных телескопов с узким полем зрения. Отсутствие репрезентативных выборок не позволяло статистически достоверно исследовать ключевые параметры данной эволюционной стадии.
В новом исследовании коллектив под руководством Мэтью Степни из Центра передового опыта в области астрофизики и смежных технологий (Чили) более чем удвоил известную популяцию HRQ. Для этого был применен анализ инфракрасных данных и спектрофотометрии, полученных с борта космической обсерватории SPHEREx (NASA).
В результате была обнаружена выборка из 77 новых квазаров, экранированных пылью, в эпоху, когда возраст Вселенной составлял от 1,6 до 4,3 миллиардов лет. Примечательно, что в выборку вошли первые семь объектов данного класса, обнаруженных при красных смещениях выше 3 (в течение первых 2.1 млрд лет после Большого взрыва).
Для верификации результатов был проведен сравнительный анализ HRQ (Highly Reddened Quasars, Сильно покрасневшие квазары) с двумя другими астрофизическими популяциями.
Галактики "хот-доги" (горячие галактики, скрытые от обозрения пылью) представляют собой наиболее глубоко погребенные объекты с преобладанием излучения горячей пыли. Голубые квазары, напротив, являются классом полностью незатененных источников, у которых пыль с линии визирования удалена, однако сохраняется пылевой тор, интенсивно светящийся в инфракрасном диапазоне. Сильно покрасневшие квазары занимают промежуточное положение по степени затемнения. Однако, вопреки ожиданиям, было установлено, что в них наблюдается дефицит горячей пыли даже по сравнению с незатененными голубыми квазарами.
Коррекция на межзвездное поглощение показала, что данные объекты входят в число наиболее светящихся квазаров по своей абсолютной светимости. При этом было зафиксировано аномально слабое излучение в инфракрасном диапазоне длин волн, что коррелирует со структурой пылевых оболочек, окружающих СМЧД.
Астрономическое сообщество интерпретирует сочетание высокой собственной светимости и истощенных запасов пыли как свидетельство того, что квазары вошли в фазу «выброса» (blowout phase). Данная стадия наступает, когда мощная обратная связь от аккрецирующей черной дыры инициирует очистку центрального региона галактики от затемняющего материала.
"Это сочетание истощенных пылевых резервуаров в масштабе тора и более высокой светимости по сравнению с Hot DOGs и голубыми квазарами подтверждает сценарий... когда сильная обратная связь начинает очищать центральные области от затемняющего материала", — констатируют авторы.
В ходе анализа также был выявлен неожиданный избыток ультрафиолетового излучения примерно у трех четвертей выборки. Хотя данный феномен может быть объяснен рассеянием излучения квазара на периферии пылевого кокона, исследователи не исключают существенный вклад от процессов звездообразования в галактике-хозяине.
В перспективе коллектив планирует дальнейшее расширение выборок с использованием возможностей SPHEREx для проведения обзора всего неба с целью определения числовой плотности и исследования многоволновых свойств "скрытых монстров", доминирующих в процессе роста черных дыр в эпоху "космического полудня".