Уникальные квазары пролили свет на рост черных дыр в ранней Вселенной

Новости МирТесен

Слияние двух сверхмассивных черных дыр, которое произошло вскоре после Большого взрыва (примерно через миллиард лет), потенциально способно объяснить аномально большое количество гравитационных волн, наблюдаемых во Вселенной. Этот вывод стал возможен благодаря подтверждению наличия необычной пары квазаров, а также демонстрации того, что объединение массивных галактик в ранней Вселенной происходило значительно чаще, чем предполагалось ранее.

Квазары – одни из наиболее заметных объектов во Вселенной. Они образуются, когда сверхмассивная черная дыра, расположенная в центре галактики, интенсивно поглощает вещество, такое как газ и пыль. В процессе этого вещества нагревается и начинает излучать свет, превосходящий яркость самой галактики. Когда две галактики взаимодействуют, обе сверхмассивные черные дыры могут активизироваться, что приводит к возникновению близко расположенных квазаров. Изучение таких систем помогает ученынам разобраться в механизмах роста черных дыр и галактик, но обнаружение их на значительных расстояниях представляет собой сложную задачу.

В числе рассматриваемых объектов находилась система J2037-4537, которая была обнаружена в обзоре Dark Energy Survey зафиксировала два чрезвычайно ярких объекта, находящихся на расстоянии примерно 24 тысяч световых лет. Оба объекта демонстрировали характеристики квазаров с идентичным красным смещением (z = 5,7), однако существовали определенные сомнения.

Возможно, то, что мы видим, — это один квазар, визуально разделенный гравитационным линзированием. Этот эффект возникает, когда массивный объект, расположенный между квазаром и Землей, искривляет световой поток, создавая несколько изображений одного и того же объекта.

Для подтверждения того, что это действительно пара квазаров, международная команда астрономов, возглавляемая Минхао Юэ из Университета Аризоны (США), изучила данные наблюдений, сделанные с использованием телескопа ALMA. Анализ показал наличие характерного следа, указывающего на слияние галактик. Кроме того, в одной из галактик были обнаружены деформированные структуры, свойственные гравитационному взаимодействию. В случае, если бы наблюдаемый эффект был вызван гравитационным линзированием, исследователи бы зафиксировали симметричные дуги, а не признаки столкновения.

Анализ полученных данных окончательно подтвердил, что J2037-4537 представляет собой подлинную пару квазаров, находящихся в стадии слияния. Каждая из галактик оказалась чрезвычайно массивной, её масса превышает 10 миллиардов масс Солнца, и они активно формируют звёзды со скоростью, превышающей 500 солнечных масс в год. Для сопоставления, в Млечном Пути звёздообразование происходит со скоростью всего одна-две солнечные массы в год.

Авторы работы, опубликованной на сервере препринтов Корнеллского университета, заключили, что близкие пары квазаров в ранней Вселенной встречались куда чаще, чем сегодня: не менее 1,2 процента против примерно 0,1 процента в более поздние эпохи. Это важно, поскольку со временем такие пары превращаются в двойные системы СМЧД, которые при слиянии создают мощные гравитационные волны.

Более глубокое исследование этой пары квазаров позволит лучше понять процессы, происходившие в ранней Вселенной, и прояснить причину сильного гравитационного фона, регистрируемого современными международными проектами, например, Pulsar Timing Array.