«Джеймс Уэбб» нашел пылевые облака над черной дырой в самой яркой галактике ранней Вселенной
Новые наблюдения телескопа «Джеймс Уэбб» помогли уточнить, как устроен один из самых ярких известных объектов ранней Вселенной — квазар W2246−0526. Это очень далекий объект: мы видим его таким, каким он был через 1,2 миллиарда лет после Большого взрыва. Астрономы пришли к выводу, что его излучение нельзя объяснить только пылевым кольцом вокруг черной дыры. Похоже, часть пыли находится еще и над этим кольцом и под ним. Статья с результатами вышла 14 мая в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
W2246−0526 относится к редкому классу объектов, который астрономы называют Hot DOG — hot dust-obscured galaxy, то есть галактика, скрытая горячей пылью. В таких системах основную энергию обычно дает сверхмассивная черная дыра в центре галактики. Она притягивает вещество, это вещество нагревается и начинает ярко светить. Пыль вокруг черной дыры поглощает часть этого излучения и переизлучает его в инфракрасном диапазоне. Поэтому Hot DOG особенно ярко выглядят именно в инфракрасном свете.
W2246−0526 выделяется даже на этом фоне. При красном смещении z=4,6 это самый далекий и самый яркий известный объект такого типа. Красное смещение в этом случае показывает, насколько далеко от нас находится источник и насколько давно был испущен его свет. Более ранние наблюдения показали, что в системе много очень горячей пыли с температурой около 450 кельвинов, то есть почти 180 градусов Цельсия. Такая температура обычно говорит о том, что главный источник энергии здесь — активное галактическое ядро, то есть область вокруг черной дыры, которая активно поглощает вещество.
Группа исследователей под руководством Хараламбии Варнавы из European University Cyprus решила проверить, какая модель лучше всего описывает этот объект. Для этого ученые собрали данные на разных длинах волн, в том числе наблюдения «Джеймса Уэбба», и проанализировали спектральное распределение энергии W2246−0526. Проще говоря, они посмотрели, как меняется яркость объекта в разных частях спектра, и попытались понять, какие структуры внутри галактики дают такой рисунок излучения.
Сначала команда проверила стандартный сценарий. В нем есть тор — плотная пылевая структура вокруг черной дыры, область активного звездообразования и сама галактика-хозяин. Но оказалось, что такая модель плохо объясняет среднее инфракрасное излучение W2246−0526. Тогда исследователи добавили еще один компонент — полярную пыль. Так называют облака пыли, которые находятся не только в плоскости тора, но и в областях над ним и под ним. После этого совпадение модели с наблюдениями стало заметно лучше.
Лучше всего данным соответствует вариант, в котором мы смотрим на тор почти с ребра, а пыль есть еще и в полярных областях. По расчетам авторов, эта пыль поглощает более жесткое излучение и затем переизлучает его на меньших энергиях, то есть тоже добавляет вклад в инфракрасную яркость объекта. При этом ученые уточняют, что пока это не прямое обнаружение полярной пыли. Они не увидели ее на снимке как отдельную структуру, а сделали вывод по тому, насколько хорошо модель с такой пылью описывает реальные данные.
Работа дала и новые оценки параметров системы. По расчетам авторов, масса черной дыры в W2246−0526 может достигать 23 миллиардов масс Солнца. Это примерно в два-три раза больше предыдущих оценок. Столько же выросла и оценка светимости объекта. Если этот результат подтвердится, получится, что черная дыра здесь немного массивнее, чем обычно ожидают для галактики такого размера.
Авторы также подсчитали, что черная дыра дает около 72%–81% всей энергии системы. Одновременно в галактике очень быстро рождаются новые звезды — возможно, в тысячи раз быстрее, чем в Млечном Пути. Судя по модели, этот всплеск звездообразования начался сравнительно недавно по космическим меркам, всего несколько десятков миллионов лет назад.
Есть и еще одно возможное объяснение расхождению с прежними оценками. Черная дыра может поглощать вещество со скоростью, которая в несколько раз превышает теоретический предел. Такой режим называется сверхэддингтоновской аккрецией. Обычно предел Эддингтона показывает, при какой яркости излучение от падающего вещества уже начинает мешать дальнейшему падению газа на черную дыру. Если объект все же продолжает активно набирать массу выше этого уровня, значит, процесс идет в необычном режиме.
Если будущие наблюдения подтвердят эти выводы, астрономы смогут использовать такой подход и для других далеких скрытых черных дыр в ранней Вселенной. Это может помочь находить больше объектов, похожих на W2246−0526, которые пока трудно заметить даже с помощью современной съемки и спектроскопии.
Читайте также:
Иллюстрация NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello
Самое популярное
