За облаками пыли и газа в молодой Вселенной прячутся будущие сверхмассивные черные дыры, накапливающие массу. Обнаружить их за такой завесой сложно, но ученые нашли способ — по нагреву окружающего вещества. Впервые удалось разглядеть структуру молекулярного газа возле древней черной дыры.
Как сверхмассивные гиганты, существующие в центрах галактик, образовались из небольших черных дыр? Теоретически, если бы только поглощали вещество, им не хватило бы времени на рост до нынешних размеров. По одному из сценариев, объекты росли через… слияния насыщенных газом галактик.
После слияния в новой галактике началось интенсивное образование звёзд, а вокруг центра накапливался «кокон» вещества, которым быстро питалась центральная массивная чёрная дыра. Возникал квазар. Обычно «кокон» сильно нагревается, поэтому квазары — одни из самых ярких объектов В космическом пространстве. Первые галактики имели очень плотные «коконы».
Ученые считают, что во Вселенной возрастом 2,1 миллиарда лет около половины квазаров скрыты пылью и газом. Чем ближе к Большому взрыву, тем больше такой процент. Астрономы обнаружили способ выявления таких объектов и изучения динамики горячего газа в их окрестностях.
Радиообсерватория ALMA пристально изучает один из самых ярких древних квазаров — J2310+1855. Его красное смещение примерно равно шести, то есть мы видим его таким, каким он был, когда Вселенной было 942 миллиона лет.
Авторы научной работы, опубликованной в журнале Nature AstronomyАстрономы обнаружили, что в галактике газ сосредоточен около центра — признак слияния двух галактик. Для изучения распределения молекулярного газа обычно астрономы смотрят на холодный газ. В этот раз ученые отследили излучение очень горячего монооксида углерода, нагретого рентгеновским излучением аккреционного диска черной дыры.
Теоретически молодые звезды могут интенсивно нагревать газ. В галактике J2310+1855 ежегодно «рождается» до трёх тысяч масс Солнца. По новым расчётам, даже самое мощное излучение молодых звёзд не может обеспечить достаточного нагрева. Следовательно, источником энергии является активное ядро галактики.
Благодаря своей ориентации к нам «верхушкой» этот скрытый квазар стал доступен для изучения. Сбоку его аккреционный диск бы полностью скрыть его от оптических и рентгеновских инструментов. Ученые теперь знают, что по линиям сильного нагретого монооксида углерода можно искать и полностью скрытые квазары в ранней Вселенной.
Сильное рентгеновское излучение вещества, падающего в черную дыру, совместно с ветрами и ударными волнами нагревает газ до высоких температур, превышающих те, которые наблюдаются в обычных галактических условиях. Главным источником энергии там является ультрафиолетовое излучение звезд. Так как радиоволны, регистрируемые ALMA, плохо поглощаются пылью, данный метод становится сильным инструментом для обнаружения скрытых сверхмассивных черных дыр. объяснил Такафуми Цукуи, соавтор нового исследования, является исследователем Австралийского национального университета.
Нельзя утверждать, что такой газ, нагретый рентгеновским излучением, есть в центре всех квазаров, поскольку изучено лишь одно подобное явление. Однако авторы исследования уверены в своих выводах. Известно множество галактик, скрытых Плотными облаками пыли и газа, которые могут быть квазарами в «коконах», заполнен космос. Космический телескоп «Джеймс Уэбб» уже обнаружил менее ярких кандидатов в квазары с запыленными центральными областями. ALMA позволит более детально изучить эти объекты и расширить наши знания о различных стадиях и путях эволюции квазаров.