Когда Вселенной было меньше миллиарда лет, в ней уже существовали сверхмассивные черные дыры, активно поглощавшие окружающее вещество. Такие объекты трудно обнаружить при помощи телескопов, потому что облака пыли вокруг них поглощают видимое излучение и сдвигают его в сторону красного спектра. Недавно астрономам удалось обнаружить квазар J1440+0019, который имеет красное смещение 6,55. Мы наблюдаем его таким, каким он был на очень раннем этапе развития Вселенной.

Объект J1440+0019 был найден в рамках японской программы обзора неба SHELLQs, целью которой является поиска далеких квазаров. Теперь международная группа астрономов исследовала этот объект подробнее при помощи космического телескопа им. Джеймса Уэбба (JWST) и радиоинтерферометрической обсерватории ALMA в Чили.

Спектр квазара, снятый инфракрасным спектрометром NIRSpec на борту JWST, показал характерное покраснение излучения из-за пыли. При этом в спектре сохранились яркие эмиссионные линии, указывающие на активность центральной области. Это сочетание признаков позволяет отнести объект к красным квазарам первого типа. Анализ спектральных линий также выявил несколько потоков газа, движущихся в нашу сторону со скоростью до 3600 км в секунду. Такие высокоскоростные выбросы, вероятно, порождаются активным ядром.

По оценкам ученых, масса найденной черной дыры составляет около 1,1 млрд масс Солнца. Она поглощает вещество настолько интенсивно, что излучает примерно 80% от эддингтоновской светимости – предельной мощности излучения, при которой давление света уравновешивает притяжение черной дыры для падающего вещества. С такими свойствами объект должен быстро расти. Наблюдения ALMA, в свою очередь, показали, что галактика-хозяин исключительно ярко излучает в линии ионизированного углерода, выделяясь этим среди других известных источников с красным смещением выше 6.

Галактика, в которой находится J1440+0019, содержит примерно 400 млрд масс Солнца в виде пыли. По имеющимся данным, скорость звездообразования в ней может достигать примерно 1330 солнечных масс в год. Таким образом, в одной из самых ранних эпох космической истории в галактике сосуществовали быстрорастущая черная дыра, значительные запасы пыли и, возможно, чрезвычайно активный процесс образования новых звезд. При этом свойства системы не вполне совпадают с тем, что наблюдают у других далеких красных квазаров. Пыль, поглощающая свет ядра, напоминает пылевые оболочки квазаров с умеренным красным смещением в современной Вселенной, тогда как общее количество газа и пыли в галактике гораздо выше.

Эти различия указывают на то, что ранние красные квазары не образуют единую однородную группу: они могут находиться в разных состояниях аккреции и существовать в галактиках с различными свойствами.

Исследование подобных квазаров важны для понимания ранней истории эволюции галактик. В ту же эпоху происходила космическая реионизация – переход водорода в межгалактическом пространстве из преимущественно нейтрального состояния в ионизированное под действием ультрафиолетового излучения первых звезд и галактик. В будущем телескопы Euclid и Nancy Grace Roman позволят обнаружить больше таких объектов и выяснить, насколько разнообразными были первые поколения квазаров.

• Вперёд >