Обнаружена сверхмассивная черная дыра, самая удаленная на сегодняшний день
Вчера в Nature появилась статья об открытии очередной самой удаленной сверхмассивной черной дыры в центре квазара. Такие открытия происходят довольно часто, так как далеких квазаров во вселенной очень много, а телескопы наши всё лучше и лучше. Тем не менее, это довольно-таки заметное событие в астрономии популярно изложено на phys.org, текст с которого лежит в основе этого поста.
Итак, насколько же вновь открытая дыра далекая и массивная? Авторы сообщают о квазаре с красным смещением z=7,54. Сколько это в километрах? Вот тут первая загвоздка: для таких далеких объектов понятие “расстояние” практически теряет смысл. Вернее смысл остается, но определить значение становится практически невозможно.
Дело в том, что с момента своего рождения наша вселенная непрерывно расширяется. Причем расширяется она крайне неравномерно. В первые доли секунды после рождения расширение вселенной носило молниеносный “инфляционный” характер, когда из точки большого взрыва раздулся пузырь на много порядков превосходящий исходный мизерный объем. При этом происходило именно раздувание пространства как такового, со скоростью, очень сильно превышающей скорость света. Позже расширение резко замедлилось, а в нашу эру этот процесс снова ускоряется.
Описать его проще всего, проведя следующий мысленный эксперимент: представьте себе воздушный шарик с нарисованными на нем кружками. Если вы начнете надувать этот шарик, расстояния между любыми двумя кружками будет увеличиваться - это и есть аналог расширения вселенной. Поверхность шарика в данном случае будет играть роль пространства, а кружочки - роль разных объектов: квазаров, галактик и т.п. Причем в самом начале этот шарик моментально надулся до небольшого размера практически из неоткуда, потом стал полнеть не так быстро, но всё равно с ускорением.
Разлетаясь в разные стороны наши квазары испускают излучение на определенных длинах волн. Доходя до нас эти волны чуть-чуть “удлиняются” - это называется красным смещением. Вот эта самая z, которая оказалась равной 7,54, является характеристикой этого “удлинения” и напрямую связана со скоростью убегающего квазара. Скорость открытого квазара получается равной примерно 97% от скорости света.
Как следует из никем пока не опровергнутой Стандартной Модели вселенной, когда-то все мы были единым целым, и далекая-далекая галактика была упакована вместе с нашей в той самой мизерной точке, которая по каким-то причинам рванула 13 миллиардов лет назад. Вот тут бы умножить полученную выше скорость на 13 миллиардов лет и получить искомое расстояние, но увы, как мы уже выяснили скорость эта не всегда была такой. Это значение, которое имело место в момент испускания излучения те самые 13 миллиардов лет назад. Как видавший виды квазар трепало до и после этого момента не знает никто, поэтому мы можем лишь утверждать, что родился он через 690 миллионов лет после большого взрыва, а это - новый рекорд для наблюдаемого объекта такого типа.
С массой черной дыры в центре квазара все несколько проще. Засасывая внутрь себя огромные массы газа она гонит его по спирали со скоростью, близкой к скорости света. Нагреваемый газ в таких адских условиях превращается в плазму, которая начинает испускать электромагнитное излучение огромной интенсивности. Оценив эту интенсивность можно с хорошей точностью рассчитать массу черной дыры - в данном случае она составила 800 миллионов солнечных масс. Не рекорд, конечно, но тем не менее очень внушительно.
Главная интрига в подобного рода открытиях состоит в том, откуда могли появиться такие массивные черные дыры? Классический процесс формирования ЧД - гравитационный коллапс - процесс, при котором массивный объект не в силах противостоять своему гравитационному сжатию и в результате схлопывается в сферу, из-под поверхности которой уже ничего (почти) вырваться не может. Вещество может только падать внутрь подкармливая растущую дыру, теоретически способную распухнуть до упомянутых циклопических размеров.
Но 690 миллионов лет назад только началась эпоха вторичной ионизации водорода - процесс, порождаемый первыми звездами. До этого момента никаких звезд во вселенной не было - был только газ, в основном водород. Впоследствии он стал собираться в огромные облака, которые сжимались в первые звезды. Излучение этих звёзд ионизировало водород, который и пребывает в ионизированном состоянии по сей день.
Спрашивается, откуда взялись те самые 800 миллионов солнц для прокорма такого гиганта? Жиденького межзвездного газа для этого точно не хватило бы. Каким образом формировались подобные первые монстры нашей вселенной пока не знает никто.
Первая картинка - Robin Dienel, Carnegie Institution for Science
Вторая картинка - с просторов интернета