Рентгеновская обсерватория Чандра НАСА получила убедительные доказательства того, что далекий квазар образовался менее чем через миллиард лет после Большого взрыва, в котором находится взрослая сверхмассивная черная дыра, генерирующая энергию в размере двадцати триллионов Солнц. Существование таких массивных черных дыр в эту раннюю эпоху Вселенной ставит под сомнение теории образования галактик и сверхмассивных черных дыр.
Астрономы Даниэль Шварц и Шанил Вирани из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики в Кембридже, штат Массачусетс, наблюдали квазар, известный как SDSSp J1306, который находится на расстоянии 12,7 миллиардов световых лет. Поскольку возраст Вселенной оценивается в 13,7 миллиардов лет, мы видим квазар таким, каким он был через миллиард лет после Большого взрыва. Они обнаружили, что распределение рентгеновских лучей по энергии или рентгеновскому спектру неотличимо от распределения соседних, более старых квазаров. Аналогично, относительная яркость на оптической и рентгеновской длинах волн SDSSp J1306 была аналогична яркости близкой группы квазаров. Оптические наблюдения показывают, что масса черной дыры составляет около миллиарда солнечных масс.
Доказательства еще одной сверхмассивной черной дыры ранней эпохи были ранее опубликованы группой ученых из Калифорнийского технологического института и Соединенного Королевства, использующих рентгеновский спутник XMM-Newton. Они наблюдали квазар SDSSp J1030 на расстоянии 12,8 миллиардов световых лет и обнаружили, по существу, тот же результат для рентгеновского спектра, который ученые Смитсоновского института обнаружили для SDSSp J1306. Точное местоположение и спектр Чандры для SDSSp J1306 с почти такими же свойствами устраняют любую сохраняющуюся неопределенность, что существуют преждевременные сверхмассивные черные дыры.
«Эти два результата, по-видимому, указывают на то, что сверхмассивные черные дыры, производящие рентгеновские лучи, с самого начала во Вселенной практически не изменились», - сказал Шварц. «Это означает, что центральный двигатель черной дыры в массивной галактике образовался очень скоро после Большого взрыва».
Среди астрономов существует общее согласие в отношении того, что рентгеновское излучение вблизи сверхмассивных черных дыр возникает, когда газ притягивается к черной дыре и нагревается до температур в диапазоне от миллионов до миллиардов градусов. Большая часть падающего газа сосредоточена в быстро вращающемся диске, внутренняя часть которого имеет горячую атмосферу или корону, где температура может подниматься до миллиардов градусов.
Хотя точная геометрия и детали получения рентгеновских лучей неизвестны, наблюдения за многочисленными квазарами или сверхмассивными черными дырами показали, что многие из них имеют очень похожие рентгеновские спектры, особенно при высоких энергиях рентгеновского излучения. Это говорит о том, что базовая геометрия и механизм одинаковы для этих объектов.
Замечательное сходство рентгеновских спектров молодых сверхмассивных черных дыр со спектрами гораздо более старых означает, что сверхмассивные черные дыры и их аккреционные диски уже были созданы менее чем через миллиард лет после Большого взрыва. Одна возможность состоит в том, что миллионы из 100 черных дыр солнечной массы образовались в результате коллапса массивных звезд в молодой галактике и впоследствии создали черную дыру с миллиардной массой Солнца в центре галактики в результате слияний и накопления газа.
Чтобы ответить на вопрос о том, как и когда образовались сверхмассивные черные дыры, астрономы планируют использовать очень глубокие экспозиции Чандры и другие исследования для выявления и изучения квазаров в еще более раннем возрасте.
Статья Шварца и Вирани о SDSSp J1306 была опубликована в выпуске Астрофизического журнала от 1 ноября 2004 года. Документ Дункана Фарры и его коллег по SDSS J1030 был опубликован в выпуске Astrophysical Journal от 10 августа 2004 года.
Чандра наблюдал J1306 с помощью своего усовершенствованного ПЗС-спектрометра (ACIS) в течение приблизительно 33 часов в ноябре 2003 года. Центр космических полетов им. Маршалла при НАСА, Хантсвилл, штат Алабама, управляет программой «Чандра» для Управления космических наук НАСА в Вашингтоне. Нортроп Грумман из Редондо-Бич, Калифорния, ранее TRW, Inc., был главным подрядчиком по разработке обсерватории. Смитсоновская астрофизическая обсерватория контролирует научные и летные операции из рентгеновского центра Чандра в Кембридже, штат Массачусетс.
Дополнительная информация и изображения доступны по адресу:
http://chandra.harvard.edu и http://chandra.nasa.gov
Первоначальный источник: пресс-релиз Чандра
