Самый мощный квазар потребовал массивного зародыша черной дыры ( 1 фото )

Астрономы уточнили характеристики J2157-3602 — ультрамощного квазара с самой большой светимостью из известных. Он существовал во времена, когда возраст Вселенной составлял 1,247 миллиарда лет, и содержал черную дыру с массой 34 миллиарда масс Солнца. Такая черная дыра требует достаточно массивного зародыша, поэтому новые данные позволяют наложить ограничение на массы начальных черных дыр и скорости их роста.Препринт работы опубликован на портале arXiv.org.

В 2018 году, благодаря анализу данных наземного обзора SMSS (SkyMapper Southern Survey), а также космических обсерваторий WISE и Gaia,  астрономы открыли ультрамощный квазар SMSS J215728.21-360215.1 (или J2157-3602). На момент открытия он обладал самой большой светимостью среди известных квазаров, которая составляла 6,95×1014 светимостей Солнца.  Поиск и определение свойств подобных экстремальных объектов крайне важны для понимания механизма роста сверхмассивных черных дыр в ранней Вселенной и ведутся непрерывно благодаря огромному количеству данных, накопленных в ходе наземных обзоров неба.

Чтобы уточнить расстояние до квазара и его параметры, астрономы во главе с Кристофером Онкеном (Christopher A. Onken) из Австралийского национального университета провели его спектроскопические исследования с помощью инструмента NIRES (Near-Infrared Echellette Spectrometer), установленного на одном из 10-метровых телескопов обсерватории Кека, и приемника X-shooter, установленного на одном из телескопов комплекса VLT (Very Large Telescope). Кроме того, ученые проанализировали изображения квазара, полученные в ближнем инфракрасном диапазоне приемником FIRE (Folded-port InfraRed Echellette instrument), установленном на одном из 6,5-метровых Магеллановых телескопов,  и оптические снимки из обзора BLISS (Blanco Imaging of the Southern Sky Survey).

Оказалось, что заново определенное значение красного смещения для квазара, равное 4,692, соответствует возрасту Вселенной в 1,247 миллиарда лет. Предыдущее значение z составило 4,75: таким образом, квазар оказался «старше» на 20 миллионов лет. Масса центральной черной дыры, определенная методом реверберационного картирования, составила 34 ± 6 миллиардов масс Солнца, что делает ее одной из самых массивных из известных на сегодняшний день.

Новая оценка болометрической светимости J2157-3602 равна 1,6×1048 эрг в секунду, что составляет 40 процентов от предельной (эддингтоновской), при этом нет свидетельств в пользу возможного сильного гравитационного линзирования квазара, а также оснований полагать, что его светимость (и, следовательно, масса черной дыры) переоценены. Таким образом,  J2157-3602 действительно является квазаром с наибольшей светимостью из известных на сегодняшний день.

Необычность этого квазара заключается в том, что содержащаяся в нем черная дыра на столь далеком расстоянии требует достаточно массивного зародыша: это, в свою очередь, позволяет наложить самое сильное ограничение на массы начальных черных дыр и скорости их роста в ранней Вселенной.  Менее массивные черные дыры, обнаруженные при z > 7, все еще устанавливают более строгие ограничения и идут вразрез с моделями. Ученые, однако, считают, что получение и накопление большого количества данных наблюдений за квазарами позволят достичь прогресса в понимании ранних этапов роста сверхмассивных черных дыр.

Ранее мы рассказывали о том, как астрономы обнаружили самый высокоскоростной отток вещества от квазара, где был найден рекордно далекий блазар и как ученые впервые идентифицировали источник нейтрино сверхвысоких энергий.

Александр Войтюк