Светлина от зората на Вселената: Учени засякоха невиждани рентгенови лъчи от квазари

Учени откриха ултрамощни струи от древни черни дупки, ярки колкото 10 трилиона слънца

Астрономи направиха революционно откритие, засичайки изключително мощни рентгенови струи, излъчвани от две свръхмасивни черни дупки. Тези космически феномени са толкова древни, че струите им светят в послесветлината от Големия взрив, променяйки разбиранията ни за ранната Вселена. Информацията беше съобщена първоначално от Space.com.

Откритие, осветяващо космическата зора

Екип от изследователи, ръководен от Джая Майтил, постдокторант в Центъра по астрофизика „Харвард и Смитсониън“, е използвал данни от рентгеновата обсерватория „Чандра“ на НАСА и от Karl G. Jansky Very Large Array (VLA), за да направят това поразително откритие. „Те преобразуват първата светлина на Вселената в лъчи с висока енергия“, коментира Майтил.

Установено е, че всяка от тези рентгенови струи се простира на внушителните 300 000 светлинни години. За сравнение, това е почти три пъти диаметърът на нашата собствена галактика – Млечния път. Източник на всяка струя е активно захранваща се свръхмасивна черна дупка, известна като квазар. Тези квазари са разположени на огромни разстояния от нас – съответно около 11,6 и 11,7 милиарда светлинни години.

Това означава, че учените наблюдават тези гигантски структури такива, каквито са изглеждали, когато Вселената е била едва на 3 милиарда години. Това е критичен период, в който галактиките и техните централни черни дупки са нараствали с главоломна скорост. „Тези квазари са като космически капсули на времето“, обяснява Майтил. „Ако ги разберем, можем да разберем как са повлиявали на растежа на своята галактика и на средата, в която са съществували.“

Сияние от зората на времето: Как древните струи остават видими?

Едната от новооткритите струи, произлизаща от квазара J1610+1811, е описана като тънка, слабо забележима лилава линия, простираща се от ослепително бялото ядро на квазара и завършваща с малко, ярко петно. Втора, по-слаба струя, изглежда излиза в обратната посока. Това, което прави тези древни струи особено забележителни, е способността им да останат видими на разстояние от милиарди светлинни години.

Проучването, публикувано в престижното издание The Astrophysical Journal, предполага, че рентгеновото светене на струите се дължи на тяхното взаимодействие с космическия микровълнов фон (CMB). Това е слабото лъчение, останало от Големия взрив, след като Вселената се е охладила достатъчно, за да позволи на звездната светлина да се разпространява свободно за първи път, отбелязвайки края на така наречените „космически тъмни векове“.

Енергията на 10 трилиона слънца

В епохата, когато са се образували тези струи, космическият микровълнов фон е бил значително по-плътен, изпълвайки пространството с море от нискоенергийни фотони. Новото изследване сочи, че когато електроните в струите се ускоряват до скорости, близки до тази на светлината, те се сблъскват с тези фотони от CMB. Този сблъсък ги ускорява до рентгеновия диапазон, който може да бъде засечен от обсерваторията „Чандра“. Именно този процес ги прави видими през огромните космически разстояния, въпреки близостта им до ослепителните ядра на квазарите.

Струята от квазара J1610+1811 се движи със скорост между 92% и 98% от скоростта на светлината. Тя пренася около половината от енергията на цялата светлина, излъчвана от материята, въртяща се към черната дупка. Това представлява зашеметяващ енергиен поток, еквивалентен на този от 10 трилиона слънца. Вторият квазар, J1405+0415, разположен на 11,7 милиарда светлинни години от Земята, притежава струя със също толкова впечатляваща мощ. Данните показват, че частиците в струята от J1405+0415 се движат със скорост между 95% и 99% от скоростта на светлината.

„Откриваме, че някои черни дупки може да са имали далеч по-силен ефект в тази ранна фаза на Вселената, отколкото сме предполагали“, заяви Майтил в изявление.

Квазарите – космическите фарове на младата Вселена

За да разберем напълно значимостта на това откритие, е важно да знаем какво точно представляват квазарите.

Какво представляват квазарите?

Квазарите са изключително ярки ядра на активни галактики, намиращи се в далечната Вселена. Те са екстремна форма на това, което астрономите наричат „активни галактични ядра“ (Active Galactic Nuclei, AGN). Активна галактика е такава, в чийто център свръхмасивна черна дупка активно поглъща огромни количества материя. Притокът на тази материя към черната дупка е толкова интензивен, че не всичко може да бъде погълнато наведнъж. В резултат на това се образува гигантски спираловиден акреционен диск около черната дупка.

Материята, под формата на огромни облаци, пада в този диск. Вътрешните части на облака, които са по-близо до черната дупка, се въртят значително по-бързо от външните части. Това създава огромни сили на триене, които усукват облаците и ги карат да се сблъскват помежду си, докато обикалят около черната дупка със скорости, достигащи от 10% до над 80% от скоростта на светлината. Това триене между бързо движещите се газови облаци генерира колосална топлина, нагрявайки диска до милиони градуси и карайки го да свети изключително ярко. Част от материята в диска също така се отклонява от черната дупка под формата на изключително ярка, магнитно насочена струя. Комбинацията от горещия акреционен диск и мощната струя кара ядрото на активната галактика да свети толкова ярко, че може да бъде наблюдавано от огромни разстояния във Вселената.

Черна дупка ли е квазарът?

Да, квазарът е свързан с черна дупка, но не каква да е. Става дума за свръхмасивна черна дупка, която расте изключително бързо, поглъщайки огромни количества газ. Именно този газ, организиран в спираловиден „акреционен диск“ около черната дупка, се нагрява до екстремни температури и излъчва цялата тази светлина. Дискът, заедно с въртенето на самата черна дупка и сложните магнитни полета, преплетени между тях, е източникът на мощните струи, които допълнително допринасят за невероятната яркост на квазарите.

Как се образуват квазарите?

Квазарите се формират, когато определено събитие предизвика натрупването на огромно количество газ върху централната свръхмасивна черна дупка в дадена галактика. В ранната история на Вселената това може да са били масивни потоци от материя, стичащи се към галактиката по нишките на така наречената космическа мрежа. В по-късните етапи от развитието на Вселената, гравитационните приливни сили, породени от сблъсъци между галактики или близки преминавания, също могат да предизвикат активирането на някои квазари. Най-близкият и най-яркият познат квазар носи името 3C 273.

Значение на откритието и бъдещи перспективи

Това ново откритие на ултрамощни рентгенови струи от древни черни дупки предоставя безценна информация за процесите, оформили ранната Вселена. Разбирането на тези екстремни обекти и тяхното влияние е ключово за сглобяването на пъзела на космическата еволюция. Наблюденията на тези „космически капсули на времето“ ще продължат да помагат на учените да разгадаят как галактиките и техните централни черни дупки са расли и са взаимодействали със заобикалящата ги среда в зората на времето.