Загадочный квартет чёрных дыр не поддаётся объяснению

Изображение области космоса, которую занимает редкий квартет квазаров. Четыре квазара отмечены стрелками
(фото Hennawi & Arrigoni-Battaia/MPIA).

Группа астрономов, работающая с данными обсерватории Кека на Гавайях во главе с Джозефом Хеннави (Joseph Hennawi) из Института астрономии Макса Планка, впервые в истории обнаружила квартет квазаров, расположенных в непосредственной близости друг от друга. Квазары сами по себе — достаточно редкое явление. Они являются одними из самых ярких объектов во Вселенной и, по одной из версий, представляют собой активные чёрные дыры.

Квартет окружён гигантской туманностью из прохладного плотного газа. Возможно, наблюдая за этим необычным явлениям, астрономы пересмотрят свои модели эволюции квазаров.

Квазары – это, по сути, краткий этап эволюции галактики. Они подпитываются падающей на сверхмассивную чёрную дыру материей, расположенную в центре галактики. Во время этой фазы они становятся наиболее яркими объектами во Вселенной, сияющими в сотни раз ярче своих галактик (которые сами по себе содержат сотни миллиардов звёзд). Однако эти ярчайшие эпизоды длятся лишь малую часть жизни галактики, так что у астрономов считается большой удачей наблюдать за этим необычным явлением.

Квазары – редкое явление, к тому же они располагаются на расстояниях в сотни миллионов световых лет друг от друга. Исследователи подсчитали, что вероятность обнаружить сразу четвёрку квазаров случайно – один шанс на десять миллионов. Так, около сотни квазаров были обнаружены в паре и только дважды исследователям удалось засечь трио.

Однако нынешнее открытие не стоит списывать полностью на везение. Подсказки приходили из своеобразных свойств среды квартета. Четыре квазара окружены гигантской туманностью из холодного плотного водорода, которая излучает свет из-за того, что подвергается влиянию интенсивного сияния квазаров. Кроме того, квартет и окружающая туманность находятся в редком уголке Вселенной, для которого характерно большое количество вещества.

"На деле в этом регионе в несколько сотен раз больше галактик, чем можно было ожидать увидеть на таких расстояниях", – комментирует профессор Калифорнийского университета в Санта-Круз Джейсон Ксавьер Прохаска (Jason Xavier Prochaska), ведущий исследователь обсерватории Кека.

Учитывая огромное число галактик, эта система больше напоминает современное массивное скопление или галактический кластер. Однако свет от этого космического мегаполиса идёт до Земли 10 миллиардов лет, так что полученные астрономами изображения запечатлели область, которая находилась в этом регионе менее чем через 4 миллиарда лет после Большого взрыва. Таким образом, учёные наблюдают предшественника современного скопления галактик – формирующийся кластер.

Исследователи полагают, что некоторые физические процессы могут сделать деятельность квазаров более вероятной (при наличии специфических условий). А значит, их в дальнейшем будет легче найти.

Так, возможно, квазары возникают, когда сталкиваются или сливаются несколько галактик: эти происшествия могут эффективно направить газ на центральную чёрную дыру. Такие "встречи" с большей вероятностью произойдут в плотном протокластере, заполненном галактиками.

"Гигантская эмиссионная туманность является крайне важной частью головоломки, так как её наличие указывает на огромные количества плотного холодного газа", – считает принимавший участие в научной работе аспирант Института астрономии Макса Планка Фабрицио Арригони-Баттайя (Fabrizio Arrigoni-Battaia).

Сверхмассивные чёрные дыры могут сиять только как квазары, если есть газ, который они могут поглотить, и окружающая среда, которая обеспечивает благоприятные условия для "заправки".

С другой стороны, учитывая современные представления о таком массивном сооружении, как Вселенная, наличие гигантской туманности в протокластере оказалось совершенно неожиданным для учёных.

"Наши модели космического образования структур, основанные на выполненных суперкомпьютером моделированиях, прогнозируют, что массивные объекты ранней Вселенной должны быть заполнены разжиженным газом, температура которого около 10 миллионов градусов, в то время как эта гигантская туманность, очевидно, требует газа в тысячи раз плотнее и холоднее, – говорит Себастьяно Канталупо (Sebastiano Cantalupo), занимавшийся визуальными наблюдениями в обсерватории Кека. – Действительно, ночь, в которую было сделано это открытие – одна из самых захватывающих ночей наблюдений в моей карьере, потому что в тот же вечер мы открыли ещё и туманность Слизня".

Учёные считают, что чрезвычайно редкие события иногда могут опровергать давние теории. Таким образом, открытие первого квартета квазаров может заставить астрономов пересмотреть свои модели эволюции квазаров и формирования самых массивных космических структур.

Научная статья исследователей была опубликована в журнале Science