Астрономы Массачусетского технологического института и других институтов обнаружили колебание квазара с момента космического рассвета, всего через 850 миллионов лет после Большого взрыва. Это первый случай наблюдения такого старого мигающего квазара, что позволяет нам составить карту структуры газопылевого диска вокруг первичной сверхмассивной черной дыры.
Объект, известный как J0439+1634, светится с интенсивностью, эквивалентной 12 триллионам солнц, и имеет вариации яркости до 20%, что эквивалентно 2 триллионам солнц. Сцинтилляционный анализ показал, что аккреционный диск удивительно тонкий и плоский, похожий на диски более поздних и близлежащих квазаров.
Сверхмассивные черные дыры в ранней Вселенной
В центре каждой галактики находится сверхмассивная черная дыра. Когда он активен, он притягивает высокотемпературный газ и пыль, образуя аккреционный диск, который высвобождает огромную энергию, заслоняя свет окружающей галактики. Квазары являются наиболее яркими примерами этого процесса.
Ученые предположили, что таким массивным черным дырам потребуется более миллиарда лет, чтобы сформироваться и стабилизироваться. Однако наблюдения с начала 2000-х годов выявили более 200 сверхмассивных черных дыр в первый миллиард лет существования Вселенной, многие из которых находились в активной фазе квазара.
Первое колебание, зафиксированное на космическом рассвете
До сих пор первичные квазары выглядели лишь как далекие точки света. Без учета вариаций было трудно понять внутреннюю структуру и окружающую среду вокруг черных дыр.
Команда под руководством Джина Люнга, постдокторанта Института Кавли Массачусетского технологического института, и Анны-Кристины Эйлерс, доцента физики Массачусетского технологического института, преодолела техническую проблему наблюдения далекой Вселенной. Свет от этих объектов растягивается из-за космического расширения, что требует сбора инфракрасных данных в течение длительных периодов времени.
Они использовали переработанную информацию миссии НАСА NEOWISE, которая сканировала небо около 14 лет. Беспорядочно мерцающий сигнал, похожий на пламя свечи, был подтвержден как самый старый мигающий квазар за всю историю наблюдений.
Плоский диск не оправдывает ожиданий относительно первоначальной нестабильности
Уплощенная форма аккреционного диска предполагает, что черная дыра уже находилась в относительно зрелом состоянии, даже на столь раннем этапе истории космоса. Это контрастирует с идеей о том, что первичные системы были бы более хаотичными и раздутыми.
«Это открытие указывает на то, что фазы быстрого и хаотического роста происходят очень рано, прежде чем мы увидим квазары с их максимальной яркостью», — объяснил Эйлерс. Люнг добавил, что что-то должно было произойти еще раньше, чтобы эти системы выглядели настолько зрелыми.
Анализ на разных длинах волн позволил составить карту температуры и структуры материала в диске, подтвердив процессы питания, аналогичные тем, которые наблюдаются в современных квазарах.
Что открытие говорит о формировании галактик
Сверхмассивные черные дыры действуют как центральные двигатели галактик, регулируя звездообразование и структурный рост. Без них галактики не выглядели бы так, как сейчас.
Это открытие открывает путь для более глубокого изучения условий, которые позволили этим гигантам быстро появиться. Команда планирует заглянуть еще дальше в прошлое, чтобы запечатлеть ранние стадии развития квазара.