Учёные создали всеобъемлющий обзор самых больших черных дыр во Вселенной

Группа ученых-астрономов из разных стран представила самый объемный на текущий момент сбор данных о сверхмассивных черных дырах. Это открытие открывает новые перспективы для исследования их массы, развития и изменений в течение всего времени существования Вселенной. Новая версия информации от Sloan Digital Sky Survey (SDSS) содержит миллионы спектральных анализов и дает возможность детально изучать активные центры галактик и квазаров с невиданной ранее точностью.

В частности, речь идет о выпуске данных DR20, созданных в рамках пятого этапа проекта SDSS-V. Одним из важнейших направлений работы стала программа Black Hole Mapper, которая нацелена на изучение сверхмассивных черных дыр, активно поглощающих материю. Именно такие объекты являются основой активных галактических ядер и квазаров – наиболее мощных постоянных источников света во Вселенной.

Впервые в обзор включены данные оптического спектра, собранные телескопом BOSS, расположенным на юге планеты Чили, у обсерватории Лас-Кампанас. Эти наблюдения дополнили исследования, проведенные в обсерватории Апачи-Пойнт, что находится в штате Нью-Мексико (США). Вся DR20 содержит свыше 3,3 миллиона оптических спектров, охватывающих приблизительно полмиллиона галактик и полтора миллиона звезд. Это делает данный выпуск одним из самых крупных за всю историю проекта.

Важным результатом стало создание программы SPIDERS, которая объединила данные оптического спектра SDSS с картами рентгеновского излучения неба, полученными космической обсерваторией eROSITA. Благодаря этому ученым удалось установить природу и расстояние до примерно 200 тысяч источников рентгеновского излучения, сформировав самый большой и согласованный каталог объектов подобного типа.

Читать также:  Астрономы обнаружили необычный взрыв, свидетельствующий о суперкилоновой

Несмотря на то, что среди этих объектов встречаются галактические скопления и пары звёздных систем, подавляющее большинство из них представляют собой активные сверхмассивные чёрные дыры. Рентгеновское излучение даёт возможность изучать внутреннюю структуру таких образований и анализировать горячий газ, окутывающий гравитационный колодец.

Благодаря комплексному набору данных учёным удалось создать наиболее детальную до настоящего момента зависимость рентгеновской яркости сверхмассивных чёрных дыр. Она демонстрирует количество подобных объектов в разные периоды эволюции Вселенной и темпы их увеличения массы.

Результаты указывают, что в первые эпохи существования Вселенной очень мощные квазары были гораздо распространённее, чем предполагалось ранее. Это говорит о том, что массивные чёрные дыры интенсивно набирали массу уже на протяжении первых миллиардов лет после Большого взрыва.

Свежее исследование показало наличие множества ранее незамеченных массивных черных дыр. Традиционные наблюдения в видимом свете и ультрафиолетовом диапазоне не позволяют выявлять многие из этих объектов, особенно если их яркость невелика или они расположены на огромной удаленности от нас.

Читать также:  Необычные газовые облака обнаружены в комете 3I/ATLAS, сообщили ученые

Более глубокий анализ выявил, что сверхмассивные чёрные дыры, регистрируемые по слабому рентгеновскому излучению, составляют лишь незначительную долю от общей массы подобных объектов в нынешней Вселенной. По мнению авторов работы, от 70% до 90% увеличения массы массивных чёрных дыр происходило при аккреции вещества из густых облаков газа и пыли или в условиях, когда рентгеновское излучение было значительно подавлено.

Специалисты также применили анализ колебаний квазаров для изучения структуры областей, окружающих черные дыры. Поскольку непосредственное наблюдение за этими объектами затруднено из-за их малого размера и большого расстояния, ученые изучают изменения в их свечении с течением времени.

В рамках проекта Reverberation Mapping астрономы неоднократно фиксировали спектральные характеристики одних и тех же квазаров на протяжении дней, месяцев и лет. Определение временных задержек между вариациями излучения аккреционного диска и свечением окружающей области позволило напрямую оценить массы сверхмассивных черных дыр для объектов, находящихся на разном удалении от Земли.

В то же время программа All-Quasar Multi-Epoch Spectroscopy предполагает регулярное наблюдение за тысячами квазаров с целью мониторинга изменений в потоках вещества, выявления выбросов газа, обнаружения возможных двойных систем сверхмассивных черных дыр и отслеживания необычных «преображающихся» квазаров, демонстрирующих резкие изменения характеристик.

Читать также:  Ученые воссоздали траекторию межзвездной кометы 3I/ATLAS

Согласно информации, предоставленной сотрудниками проекта, некоторые зафиксированные спектральные характеристики оказались настолько нетипичными, что стандартные программы для обработки данных не смогли правильно определить их тип. В связи с этим экспертам потребовалось проводить ручной анализ наиболее странных объектов, и полученные результаты также были включены в публичный набор данных.

Существенным прогрессом SDSS-V стало обновление оборудования обсерватории. На двух телескопах – 2,5-метровом телескопе Sloan Foundation на Апачи-Пойнт и 2,5-метровом телескопе имени Ирэнэ дю Пона в Лас-Кампанас – были внедрены автоматизированные системы для точного размещения оптических волокон. Эти системы позволяют одновременно направлять спектрографы на сотни целей, что существенно ускорило процесс наблюдений и даёт возможность быстро реагировать на новые астрономические явления.

В соответствии с обычной практикой проекта Sloan Digital Sky Survey все материалы DR20 стали общедоступными. Ученые, педагоги и любой заинтересованный человек может безвозмездно получить доступ к спектрам, каталогам, дополнительным данным eROSITA и готовым инструментам для анализа через онлайн-платформы проекта.

В публикации указывается, что совмещение оптических наблюдений SDSS с рентгеновскими данными eROSITA предоставляет уникальные возможности для исследования развития сверхмассивных чёрных дыр. Это позволяет значительно точнее отслеживать историю их увеличения на протяжении большей части времени существования Вселенной.