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.

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.

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.

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.