Международная группа ученых обнаружила 31 древнейший квазар, включая два абсолютных рекордсмена, сиявших в эпоху, когда возраст Вселенной составлял всего 5% от нынешнего. Это открытие ставит под сомнение существующие теории эволюции космоса, поскольку современные модели физически не могут объяснить, как столь гигантские черные дыры успели сформироваться за такое короткое время.
Квазары представляют собой активные ядра молодых галактик, в самом сердце которых находятся сверхмассивные черные дыры. Когда огромные объемы межзвездного газа и пыли устремляются в гравитационные объятия такой черной дыры, они закручиваются в так называемый аккреционный диск. Из-за колоссального трения и гравитационного сжатия вещество в этом диске разогревается до миллионов градусов и начинает испускать невероятное количество энергии.
Поддержать нас на Boosty
Поддержать нас на Дзен
Квазар светит ярче, чем сотни обычных галактик вместе взятых. Благодаря этой экстремальной светимости астрономы могут видеть их на расстояниях в миллиарды световых лет. А поскольку свет движется с конечной скоростью, наблюдение за далекими квазарами — это в буквальном смысле путешествие во времени, позволяющее заглянуть в глубокое детство нашего мира.
Поиск квазаров в ранней Вселенной — задача колоссальной сложности. На то есть несколько причин:
- Редкость объектов: В первые сотни миллионов лет после Большого взрыва лишь немногие галактики успели вырасти достаточно, чтобы внутри них сформировались полноценные прожорливые сверхмассивные черные дыры.
- Красное смещение: Из-за постоянного расширения пространства световые волны от древних источников растягиваются по пути к Земле. В результате видимый свет смещается в ближний инфракрасный диапазон.
- Атмосферные помехи: Собственное тепловое свечение атмосферы Земли в инфракрасном спектре создает сильный фон, который легко заглушает слабые сигналы от далеких квазаров. Из-за этого их легко перепутать с обычными тусклыми и холодными звездами нашей Галактики.
До начала работы телескопа «Евклид» (Euclid), запущенного в космос в 2023 году, астрономам требовались десятилетия, чтобы обнаружить хотя бы десяток подобных объектов. С помощью «Евклида» ученым удалось совершить качественный рывок: всего за один год наблюдений они увеличили число подтвержденных квазаров со значением красного смещения больше 7 (z > 7) с 9 до 23. Всего же в рамках нового исследования была подтверждена природа 31 квазара.
Чтобы отсеять ложные кандидаты и найти «иголки в космическом стоге сена», команда под руководством Даминга Янга из Лейденской обсерватории применила алгоритмы машинного обучения и статистические методы анализа. Телескоп «Евклид» в рамках своего широкоугольного обзора уже заснял около 1900 квадратных градусов неба (что сопоставимо с площадью 10 000 полных лун).
Искусственный интеллект помог выделить наиболее перспективных кандидатов из миллиардов зафиксированных объектов. После этого ученые провели спектроскопические наблюдения с помощью крупнейших наземных телескопов, главным образом Обсерватории им. В. М. Кека на Гавайях. Спектрометры подтвердили внегалактическую природу 21 из 31 кандидата, доказав, что это действительно древнейшие активные ядра галактик.
Свет от двух самых древних квазаров в выборке шел до Земли более 13 миллиардов лет. Они сияли с мощностью около триллиона Солнц в то время, когда с момента Большого взрыва прошло всего около 670 миллионов лет.
И именно здесь астрофизика заходит в тупик. Находящиеся в центрах этих квазаров черные дыры обладают массами в сотни миллионов и даже миллиарды раз больше массы Солнца. Согласно классическим физическим моделям, черная дыра растет постепенно, поглощая окружающий газ. Однако скорость этого поглощения ограничена так называемым пределом Эддингтона: если черная дыра поглощает вещество слишком быстро, выделяющееся излучение буквально сдувает окружающий газ, прекращая «кормление».
Чтобы вырасти из обычного звездного «зародыша» (массой в десятки Солнц) до миллиардов солнечных масс с учетом этих физических лимитов, требуются миллиарды лет. Но в ранней Вселенной этих миллиардов лет просто не было.
«Каждый шаг назад во времени делает эту загадку все более запутанной: как Вселенная умудрилась так быстро породить сверхмассивные черные дыры? Мы обнаруживаем объекты массой в сотни миллионов Солнц в эпоху, когда космос только-только начинал развиваться», — отмечает соавтор исследования Джозеф Хеннави, профессор физики Калифорнийского университета в Санта-Барбаре и Лейденского университета.
Сейчас у теоретиков есть две основные гипотезы, способные объяснить этот парадокс:
- Прямой коллапс: Первые черные дыры образовались не в результате гибели звезд, а путем прямого гравитационного коллапса гигантских облаков первозданного газа. Это позволило им сразу «родиться» с массой в десятки или сотни тысяч Солнц.
- Суперэддингтоновская аккреция: В экстремальных условиях ранней Вселенной черные дыры могли поглощать вещество в обход стандартных физических ограничений, то есть гораздо быстрее, чем считалось ранее.
Помимо изучения самих черных дыр, новые квазары помогут ученым разобраться в еще одном ключевом этапе эволюции космоса — Эпохе реионизации.
В первые сотни миллионов лет после Большого взрыва Вселенная была темной и заполненной нейтральным водородом, который поглощал свет. Когда зажглись первые звезды и галактики, их жесткое ультрафиолетовое излучение начало ионизировать этот газ, постепенно делая космос прозрачным.
Обнаруженные квазары играют роль мощных прожекторов. Анализируя то, как нейтральный газ между квазаром и Землей поглощает его излучение на определенных длинах волн, астрономы могут детально реконструировать процесс и хронологию реионизации.
FAQ: Главное об открытии древнейших квазаров
- Что такое красное смещение и почему оно важно?
Красное смещение (обозначается буквой z) — это мера растяжения световой волны из-за расширения Вселенной. Чем дальше от нас находится объект, тем сильнее его свет смещается в красную (инфракрасную) область спектра и тем больше значение z. Для обнаруженных квазаров этот показатель лежит в диапазоне от 6,6 до 7,8. - Каков возраст самых старых из найденных квазаров?
Свет от двух наиболее древних объектов начал свое путешествие, когда Вселенной было всего около 670 миллионов лет (примерно 5% от ее нынешнего возраста, который оценивается в 13,8 миллиарда лет). - Почему эти черные дыры называют загадкой?
Потому что стандартные космологические теории не могут объяснить, как за столь короткий срок (670 млн лет) черные дыры успели набрать массу в сотни миллионов раз больше массы Солнца. Это указывает на серьезные пробелы в нашем понимании физики ранней Вселенной.
Нынешнее открытие — это лишь верхушка айсберга. Обзор телескопа «Евклид» рассчитан на шесть лет работы, за которые он должен покрыть более трети всего ночного неба. Ученые ожидают, что в конечном итоге им удастся обнаружить сотни ранних квазаров, в том числе объекты с красным смещением более 8 (z > 8), существовавшие, когда Вселенной было менее 640 миллионов лет.
Параллельно астрономы уже начали детальное изучение открытых объектов с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST), который способен заглянуть внутрь родительских галактик этих квазаров и измерить точные параметры их черных дыр.
Источники:
- Astronomy & Astrophysics: D. Yang et al. «Euclid: Discovery of 31 new quasars at 6.6 < z < 7.8» (6 July 2026). DOI: 10.1051/0004-6361/202658883
- Astronomy & Astrophysics: S. Belladitta et al. «Euclid: A UV-faint quasar in a highly luminous star-forming host galaxy at z≈7.7» (6 July 2026). DOI: 10.1051/0004-6361/202659319
- Официальный пресс-релиз консорциума «Евклид» (Euclid Consortium) и Обсерватории им. В. М. Кека.
Поддержать нас на Boosty
Поддержать нас на Дзен
Читайте также: Астрофизик объясняет, как слияния черных дыр и квазары помогают в обнаружении гравитационно-волнового фона