Астрономы впервые зафиксировали, как мерцал квазар в эпоху космического рассвета

Ученые выяснили, что диск выглядит плоским и напоминает блин, хотя астрономы ожидали увидеть совсем другую картину. Обычно плоская форма аккреционного диска говорит о том, что черная дыра находится в спокойном и стабильном состоянии. Физики считали, что черные дыры на ранних этапах жизни Вселенной только начинают формироваться, поэтому их диски должны выглядеть более хаотичными и объемными. То, что древний диск оказался плоским и тонким, говорит о том, что черные дыры взрослели за очень короткое космическое время. Как отмечает Анна-Кристина Эйлерс, доцент физики в Массачусетском технологическом институте, бурные фазы быстрого роста черных дыр, вероятно, происходили еще раньше, до того как мы видим их как яркие квазары.

Квазары представляют собой самые энергичные сверхмассивные черные дыры. Сверхмассивная черная дыра находится в центре каждой галактики, в том числе в нашем Млечном Пути, а ее масса может превышать массу Солнца в миллиарды раз. Такие объекты выступают в роли центральных двигателей галактик и помогают регулировать процессы, когда формируются новые звезды. Когда черная дыра становится активной, она затягивает в себя космический материал, который представляет собой водоворот из газа и пыли с очень высокой температурой. Вещество накапливается и падает на черную дыру, из-за чего пространство вокруг нее начинает светиться и излучать огромное количество энергии.

Квазары поглощают так много материала, что энергия, которую они излучают, может затмить весь свет в окружающей галактике. С начала двухтысячных годов ученые нашли более 200 сверхмассивных черных дыр, которые существовали в первый миллиард лет жизни Вселенной. Астрономы смогли их заметить на расстоянии 13 миллиардов световых лет, потому что те находились в стадии квазаров и испускали мощные потоки излучения. Раньше эти древние квазары выглядели для ученых как яркие точки. Чтобы узнать больше об их строении, астрономам нужно было поймать момент, когда свет начинает мерцать.

Мерцание возникает из-за того, что газ поступает в черную дыру неравномерно. Это помогает ученым понять, как устроен аккреционный диск и как именно черная дыра поглощает материю. По словам Джина Люна, исследователя из Института астрофизики и космических исследований имени Кавли при Массачусетском технологическом институте, квазары в близкой к нам Вселенной также могут мерцать, но зафиксировать этот процесс в ранней Вселенной оказалось сложнее. Сложность заключалась в том, что Вселенная постоянно расширяется. Из-за этого свет от далеких объектов растягивается и смещается в сторону более длинных красных волн, что физики называют красным смещением.

Вместе со светом растягивается и время. Если квазар мерцает несколько недель, то для наблюдателя на Земле этот процесс будет выглядеть так, будто мерцание происходит раз в несколько месяцев. Чтобы увидеть мерцание в эпоху космического рассвета, ученым нужно было наблюдать за далеким космосом в инфракрасном спектре и собирать данные много лет. Исследователи нашли нужное мерцание в данных, которые собирала миссия NASA под названием NEOWISE. Этот космический инфракрасный телескоп сканировал все небо около 14 лет.

Бывший исследователь из Массачусетского технологического института Кишалай Де, который сейчас преподает в Колумбийском университете, запустил проект, чтобы заново обработать архивные данные этого телескопа. В этих данных команда нашла сигнал и опубликовала свои результаты в журнале Nature Astronomy за 2026 год. Джин Люн сравнил случайное мерцание квазара на протяжении 14 лет с пламенем свечи, которое колеблется без определенного ритма. Ученые подсчитали, что этот квазар светится так же ярко, как 12 триллионов солнц. Его яркость колеблется примерно на 20 процентов, то есть она то увеличивается, то уменьшается на величину, которая равна свету от двух триллионов солнц.

Команда отследила, как свет квазара мерцает на разных длинах волн. Длина волны отражает температуру материала, который излучает свет, и чем ближе материал находится к черной дыре, тем он горячее. Ученые проанализировали эти данные и смогли создать карту, которая показывает форму аккреционного диска. Результаты подтвердили, что процессы, которые питают черные дыры в современной Вселенной, работали точно так же и в самом ее начале. Теперь команда надеется заглянуть еще дальше в прошлое, чтобы поймать квазар на еще более раннем этапе развития и понять, в каких условиях появлялись первые сверхмассивные черные дыры.