Квазары, одни из наиболее впечатляющих объектов, наблюдаемых во Вселенной, являются активными ядрами галактик, получающими энергию от находящихся в их центрах сверхмассивных черных дыр. Электромагнитное излучение, генерируемое этими объектами, предоставляет астрономам возможность исследовать структуру Вселенной на ранних стадиях ее формирования. Однако мощный радиоджет, исходящий от недавно открытого, исключительно яркого квазара J1601+3102, вызывает вопросы относительно общепринятых моделей «космической эры».
Считается, что сверхмассивные черные дыры, находящиеся в центрах большинства галактик, формируют аккреционный диск из окружающей их материи. При поглощении вещества из аккреционных дисков черные дыры выбрасывают его в виде узких струй плазмы, или джетов, из полюсов. Эти джеты выбрасываются с околосветовой скоростью, а их размеры могут простираться на многие световые годы.
Например, ранее обнаруженный астрофизиками Порфирион — два потока заряженных частиц протяженностью 23 миллиона световых лет — может оказывать влияние на распределение материи и магнитных полей в так называемой космической паутине.
Однако результаты нового исследования, представленного на сервере препринтов Корнеллского университета (США), показали, что чрезвычайно яркий квазар J1601+3102, который астрономы видят таким, каким он был приблизительно 12,5 миллиарда лет назад, испускает мощные радиоджеты протяженностью более 200 тысяч световых лет.
До недавнего времени это казалось невозможным: до данного открытия астрономы были уверены, что интенсивное реликтовое излучение, равномерно распределённое по Вселенной и являющееся тепловым излучением, возникшим в эпоху первичной рекомбинации водорода, ослабляет энергию струй на больших красных смещениях, препятствуя их дальнейшему распространению от родительских галактик.
Два мощных выброса энергии и частиц, известные как радиоджеты, расположены по обе стороны от центральной черной дыры квазара. Наблюдение за ними проводилось на частоте 144 МГц с субсекундным разрешением при помощи радиотелескопа LOFAR (Low Frequency Array), что позволило преодолеть возникшие трудности.
По мнению международной исследовательской группы во главе с астрономом Анниек Джоан Глудеманс из Обсерватории Джемини, причиной замеченного явления послужили благоприятные условия, существовавшие во время формирования квазара, благодаря которым удалось избежать значительной потери энергии. Квазар J1601+3102 возник во Вселенной в период, когда ее возраст не превышал миллиарда лет.
«Ранее предполагалось, что длительные радиоджеты в ранней Вселенной ослабляются взаимодействием с реликтовым излучением. Тем не менее, сейчас зафиксирована струя, достигшая колоссальных масштабов. Это открытие вызывает вопросы относительно того, как формируются подобные структуры, — пояснил Глудеманс.
Для определения ультрафиолетового спектра квазара и оценки массы сверхмассивной черной дыры, расположенной в его центре, исследователи применили ближний инфракрасный спектрограф Gemini (GNIRS).
Согласно полученным данным, масса космического объекта, получившего прозвище «монстр», приблизительно равна 450 миллионам солнечных масс — это довольно небольшой размер в сравнении с другими известными квазарами, расположенными на больших расстояниях. Астрономы полагают, что это указывает на то, что для формирования мощных струй не требуется наличие сверхмассивных черных дыр исключительных размеров.
К тому же, этот уникальный квазар поглощал вещество практически до половины предела Эддингтона – величины, определяющей максимальную светимость аккреционного диска черной дыры и скорость поглощения материи. Исходя из этого, можно заключить, что черная дыра увеличивалась в размерах очень интенсивно.
Авторы открытия полагают, что оно позволит не только глубже понять эволюцию галактик и рост черных дыр в ранней Вселенной, но и может потребовать пересмотра существующих моделей, предсказывающих ограниченную активность радиоджетов из-за взаимодействия с реликтовым излучением.
Исследователи также допускают, что струи могли сыграть более важную роль в формировании ранней Вселенной. В будущем астрономы планируют использовать радиотелескопы нового поколения, например, Square Kilometre Array (SKA), чтобы изучить ранние этапы развития Вселенной с невиданной ранее детализацией.