Астрономы впервые поймали момент «обжаривания» квазара

Каждый повар знает, что правильный соус может спасти или полностью испортить шашлык. Ученые решили использовать это гастрономическое сравнение в космологии. Астрономы обнаружили уникальный космический объект, который они прозвали «Соусом барбекю»: его сокращенное название — BBQSORS (созвучное соусу барбекю). Открытие помогло раскрыть тайный природный рецепт создания квазаров — одних из самых ярких и загадочных объектов во Вселенной. Результаты исследования ученых из Японии опубликованы в научном журнале Astrophysical Journal Letters, сообщает обсерватория Subaru Telescope.

Квазары — чрезвычайно активные сверхмассивные черные дыры, расположенные в центрах галактик. Попадающий в них газ раскаляется и выделяет колоссальное количество энергии, благодаря чему объект сияет ярче миллиардов звезд. Однако до сих пор астрономы не поняли, как именно формируются эти космические маяки.

Прибор Ōnohiʻula PFS, новый широкоугольный многообъектный спектрограф, установленный на японском телескопе Subaru, помог разгадать тайну. (Поскольку телескоп Субару расположен на вершине вулкана Мауна-Кеа на Гавайях, астрономическим инструментам традиционно дают имена на гавайском языке. Это слово буквально переводится как «Красный зрачок» или «Вспышка красного света в небе».)

С его помощью ученые исследовали объект BBQSORS (расшифровывается как Blackbody QSO и Radio Source — «абсолютно черное тело, квазар и радиоисточник»). Первоначально его классифицировали как обычный квазар с ярким радиоизлучением, но детальный спектральный анализ выявил уникальные странности.

Космический шашлык: этап обжарки

Данные спектрографа показали, что газ с высокой скоростью движется вокруг черной дыры BBQSORS. Но, в отличие от обычных квазаров, этот объект имеет тепловое излучение, характерное для абсолютно черного тела, нагретого до огромной температуры — около 10 000 Кельвинов (около 9700 °С; для сравнения, поверхность нашего Солнца нагрета «всего» до 5500 °С).

В физике черное тело — это объект, который полностью поглощает весь падающий на него свет (любое излучение) и ничего не отражает. Однако полностью черное тело обладает самым важным свойством: оно само может излучать свет при нагревании. Когда полностью черное тело нагревается, оно начинает светиться. Каждой температуре соответствует строго определенный, идеальный график распределения энергии по цвету (длине волны). Когда астрономы говорят, что BBQSORS имеет «спектр черного тела», они имеют в виду, что его световой рисунок кажется совершенно гладким и чистым.

Обычно квазары устроены гораздо сложнее. Газ, падающий в черную дыру, разгоняется до безумных скоростей, сталкивается и производит рентгеновские лучи, вспышки и мощные магнитные ветры. Из-за этого спектр обычного квазара «рваный», искаженный и совершенно не напоминает простое нагретое тело.

А вот на объекте BBQSORS ученые увидели именно этот «чистый», идеальный тепловой спектр полностью черного тела. Это возможно только в одном случае: в самом центре спрятана яростная черная дыра, выделяющая колоссальную энергию, но эта энергия упирается в сверхплотное, гладкое и массивное облако газа и пыли, окружающее объект со всех сторон (кокон). Облако поглощает жесткое излучение черной дыры, равномерно нагревается до 10 000 Кельвинов и начинает светиться во все стороны, как гигантская, но совершенная космическая «лампочка».

Именно этот идеальный тепловой спектр доказал: перед нами не обычный «голый» квазар, а черная дыра, которая прямо сейчас заперта внутри плотного кокона и интенсивно его «поджаривает», превращаясь в полноценную галактику-маяк.

Рождение квазара «в духовке»

Сравнивая эти данные с другими наблюдениями, ученые пришли к выводу, что BBQSORS принадлежит к редкому переходному классу необычных объектов, которые в астрономии называются «маленькими красными точками» (LRD).

На этой ранней стадии формирования растущая сверхмассивная черная дыра все еще полностью скрыта плотными и тяжелыми облаками пыли и газа. Пылевой кокон поглощает жесткое излучение из центра и переизлучает его на других длинах волн, в результате чего объект представляется исследователям тусклой красной точкой.

По мнению авторов, BBQSORS попал в самый драматичный момент эволюции. Газ вокруг него оказался гораздо горячее, чем у обычных «красных точек». Черная дыра буквально «поджаривает» окружающий ее кокон, испаряя и сдувая мешающие облака мощным излучением. Идет процесс «подготовки» классического квазара.