Астрономами Пристонского университета, Японии и Тайваня недавно были обнаружены сразу 83 новых сверхмассивных черных дыры на окраине Вселенной. Для поиска этих интересных объектов, питающих квазары, ученые использовали современный прибор HSC с площадью обзора 1.77 градуса в поперечнике, установленный на один из самых мощных на сегодняшний деть телескопов — японский Subaru.
Квазары в ранней Вселенной
Все обнаруженные астрономами активные черные дыры являются очень старыми и при этом просто огромными даже по космическим меркам объектами. Образовались они, по данным ученых, всего примерно через 800 лет после Большого взрыва. То есть к моменту зарождения этих объектов возраст Вселенной составлял не более 10% от нынешнего.
Чем примечательны объекты
Занимались ученые поиском старых черных дыр, конечно же, не из праздного любопытства. Специалисты поставили перед собой цель определить, как зародились подобные огромные объекты, а также сколько их было в ранней Вселенной. Для роста черных дыр такой массы потребовалось бы очень много времени. Современные объекты этого вида, находящиеся ближе к Земле, к примеру, растут достаточно медленно.
Осмотрев ночное небо с помощью самого современного оборудования, ученые, таким образом, выяснили, что активных черных дыр в ранней Вселенной было больше, чем предполагалось до этого. Это открытие астрономов, помимо всего прочего, позволило сделать современную модель Вселенной более совершенной. Однако в любом случае вопрос о способе образования старых квазаров, а также конкретном времени начала подобных процессов для ученых остается открытым.
Гипотеза образования массивных объектов
Образуются черные дыры, как известно, после гибели звезд в результате гравитационного коллапса. Сразу после зарождения они начинают активно поглощать окружающий их газ и увеличиваться в размерах. В современной Вселенной у черных дыр этот процесс происходит, как уже упоминалось, довольно-таки медленно. Газ в такие объекты поступает небольшим потоком.
Сверхмассивные же черные дыры, согласно существующей на данный момент гипотезе, образовались когда-то очень быстро. Газ в ранней Вселенной, по мнению некоторых ученых, был намного более плотным и содержал больше вещества. При этом сами черные дыры из-за влияния звезд, находящихся поблизости, двигались очень быстро, меняя свою траекторию. Соответственно, и газа эти объекты в себя вбирали гораздо больше. Именно поэтому за короткий срок черные дыры в ранней Вселенной вырастали до огромных размеров.
Такая версия, конечно же, выглядит очень правдоподобной. Однако на настоящий момент она все же остается всего лишь ничем не подтвержденным предположением.
Что представляют собой старые черные дыры
В прошлом астрономы также имели возможность изучать квазары в ранней Вселенной. Однако до разработки HSC рассмотреть можно было только самые массивные и мощные подобные объекты. До использования HSC с Subaru в исследуемом районе астрономам было известно, к примеру, всего лишь о 17 сверхмассивных черных дырах.
Весить обнаруженные на окраине Вселенной старые черные дыры могут в миллионы или даже миллиарды раз больше Солнца. Однако обычный неактивный объект этой группы даже на относительно небольшом по космическим мерками расстоянии от Земли заметить практически невозможно. Такие черные дыры попросту не излучают света.
Обнаружить большое количество старых объектов этого типа в ранней Вселенной ученые смогли лишь из-за квазаров. Все найденные астрономами черные дыры являются активными и интенсивно всасывают в себя все то, что находится рядом. Когда-то на таких объектах осел космический газ. В результате они начали светиться и стали видимыми.
Масса обнаруженных с использованием Subaru черных дыр действительно очень велика. Однако весят все 83 новых найденных объекта все же несколько меньше обнаруженных ранее гигантов. Как отмечают ученые, масса этих черных дыр в какой-то мере даже сопоставима с массой дыр, обнаруженных давно и на гораздо более близких расстояниях — в современной Вселенной.
Расстояния
Находятся найденные учеными объекты в центре галактик на удалении примерно в 13 миллиардов световых лет от Земли. Возраст Вселенной, как известно, равен около 13.8 млрд лет. То есть наблюдали ученые через Subaru эти черные дыры такими, какими они были тогда, когда после Большого взрыва прошло всего около 800 млн лет. И уже тогда эти объекты были большими. Свет от образованных ими сверхмощных квазаров шел до земли 13 млрд лет.
Каким образом проводились исследования
Ориентируясь на показания HSC, ученые в первую очередь определили некоторое количество объектов ночного неба, претендующих на звание сверхмассивного квазара ранней Вселенной. Далее астрономы с помощью Subaru и еще двух современных телескопов – чилийского и Gran Telescopio Canarias – провели интенсивное наблюдение за спектром этих «кандидатов». В конечном итоге астрономами и было выявлено 83 мощных отдаленных квазара.
Период реионизации Вселенной
В хронологии Вселенной известны несколько основных периодов: Темные века, к примеру, — это эпоха, начавшаяся через 400 млн лет после Большого взрыва, эра вещества — время, когда зародились первые звезды, галактики и черные дыры с квазарами. Период с 550 млн лет после Большого взрыва и до 800 млн лет называют эпохой реионизации.
Сразу после образования Вселенной заполнившие пространство разогретые газы начали постепенно остывать. Сопровождался этот процесс в том числе и активным образованием нейтральных атомов водорода. В Темные века этот газ начал собираться в скопления, из которых в последующем и образовались самые ранние космические объекты — звезды, галактики и квазары.
В этот период первичного звездообразования, помимо всего прочего, и наступила так называемая эпоха реионизации. Водород во Вселенной тогда был нейтрален. Однако по какой-то причине он расщепился на составляющие его протоны и электроны.
Что именно вызвало реионизацию: гипотезы
Ученые предполагают, что происходила реионизация водорода во Вселенной под действием уже образовавшихся тогда первичных космических объектов. При этом скорость такого процесса напрямую зависела от темпов формирования звезд, галактик и квазаров. Однако о том, какие все же конкретно объекты и с какой интенсивностью вызвали реионизацию в космосе, астрономы до сих пор имеют смутное представление.
Ранее многие ученые считали, что основными виновниками этого процесса являются именно квазары. Однако еще несколько лет назад было подсчитано, что энергии от обнаруженных во Вселенной активных черных дыр для запуска процесса реионизации не хватило бы. После этого сторонники версии предположили, что в раннем космосе имеется гораздо больше черных дыр, чем считается.
Последняя версия, таким образом, оказалась верной. HSC подтвердил, что черных дыр в ранней Вселенной действительно было достаточно много. Однако даже с учетом новых объектов, обнаруженных учеными, энергии всех ранних квазаров для запуска процесса реионизации все равно не хватило бы.
Соответственно, даже после сделанной астрономами находки вопрос об источнике, вызвавшем такой масштабный процесс, до сих пор остается открытым. По предположению некоторых ученых, запустили реионизацию когда-то все же первичные галактики. Но и эта версия на настоящий момент ничем конкретным не подтверждена. Следовательно, и она остается только гипотезой.