Древний квазар выбросил радиоджеты длиннее нашей Галактики

Сверхмассивные черные дыры, расположенные, как считается, в центрах практически всех галактик, формируют аккреционный диск из окружающего их вещества. При падении материи из аккреционных дисков на черные дыры, часть ее выбрасывается со стороны обоих полюсов космических «монстров», создавая узкие струи плазмы, также известные как джеты. Они вырываются из окрестной черных дыр с околосветовой скоростью, а их протяженность может достигать многих световых лет.

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. 

Ранее подобное не считалось возможным: до этого открытия астрономы полагали, что плотное реликтовое излучение (равномерно заполняющее Вселенную тепловое излучение, которое возникло в эпоху первичной рекомбинации водорода) на высоких красных смещениях отнимает у струй энергию и предотвращает их дальнейшее распространение от родительских галактик. 

Но два радиоджета — массивных выброса энергии и частиц — по обе стороны от центральной черной дыры квазара, наблюдаемого на частоте 144 МГц с субсекундным разрешением с помощью радиотелескопа LOFAR (Low Frequency Array), эту потерю преодолели. 

Международная исследовательская группа под руководством астронома Анниек Джоан Глудеманс (Anniek Joan Gloudemans) из Обсерватории Джемини предположила, что причина наблюдаемого явления в том, что условия окружающей среды во время формирования квазара были благоприятными и позволили избежать колоссальной потери энергии. Отметим, J1601+3102 сформировался во Вселенной, когда ее возраст не превышал миллиарда лет. 

«Считалось, что такие протяженные радиоджеты в ранней Вселенной подавлялись из-за взаимодействия с реликтовым излучением. Однако теперь мы наблюдаем струю, которая достигла огромных размеров. Открытие ставит под сомнение наше понимание формирования этих структур», — объяснил Глудеманс. 

Чтобы изучить ультрафиолетовый спектр квазара и оценить массу его центральной сверхмассивной черной дыры, команда ученых использовала ближний инфракрасный спектрограф Джемини (GNIRS).

Результаты показали, что масса космического «монстра» составила около 450 миллионов масс нашего Солнца — относительно скромный размер по сравнению с другими известными удаленными квазарами. Это, по мнению астрономов, свидетельствует о том, что особо сверхмассивные черные дыры не обязательное условие для создания мощных джетов.

Более того, этот необычный квазар аккрецировал материю почти на половине предела Эддингтона (порога, связанного с максимальной светимостью аккреционного диска черной дыры и скорости поглощения материи). Это означает, что черная дыра росла чрезвычайно быстро.  

Открытие, по мнению его авторов, позволяет не только лучше понять эволюцию галактик и рост черных дыр в ранней Вселенной, но может привести к пересмотру моделей, которые предсказывают ограниченную активность радиоджетов из-за взаимодействия с реликтовым излучением. 

Выводы исследовательской группы также не исключают более значимую роль струй в формировании ранней Вселенной. Дальнейшие наблюдения астрономы намерены провести с помощью радиотелескопов нового поколения, таких как Square Kilometre Array (SKA), которые позволят изучить «детство» Вселенной с беспрецедентной детализацией.