Астрономы впервые поймали момент «прожарки» квазара

Каждый кулинар знает, что правильный соус может спасти или полностью безнадежно испортить барбекю. Ученые решили использовать это гастрономическое сравнение в космологии. Астрономы обнаружили уникальный космический объект, который прозвали «Соус барбекю»: его сокращенное название BBQSORS (созвучно с barbecue sauce). Находка помогла раскрыть секретный рецепт природы по созданию квазаров — одних из самых ярких и загадочных объектов во Вселенной. Результаты исследования от ученых из Японии, опубликованы в научном журнале Astrophysical Journal Letters, сообщает обсерватория телескопа «Субару».

Космические странности

Квазары — крайне активные сверхмассивные черные дыры, находящиеся в центрах галактик. Падающий в них газ раскаляется и выделяет колоссальное количество энергии, заставляя объект сиять ярче миллиардов звезд. Однако до сих пор астрономы точно не понимали, как именно формируются эти космические маяки.

Разгадать тайну помог инструмент ʻŌnohiʻula PFS — новый широкоугольный многообъектный спектрограф, установленный на японском телескопе «Субару». (Поскольку телескоп «Субару» установлен на вершине вулкана Мауна-Кеа на Гавайских островах, астрономическим приборам традиционно дают имена на гавайском языке. Слово буквально переводится как «Красный зрачок», или «Вспышка красного света в небе».)

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

Космическое барбекю: стадия прожарки

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

В физике абсолютно черное тело — это объект, который полностью поглощает весь падающий на него свет (любое излучение) и ничего не отражает. Однако у абсолютно черного тела есть важнейшее свойство: оно может само излучать свет при нагреве. Когда абсолютно черное тело нагревается, оно начинает светиться. Каждой температуре соответствует строго определенный, идеальный график распределения энергии по цветам (длинам волн). Когда астрономы говорят, что объект BBQSORS имеет «спектр абсолютно черного тела», это значит, что его световой график выглядит идеально ровным и чистым.

Обычно квазары устроены гораздо сложнее. Газ, падающий в черную дыру, разгоняется до безумных скоростей, сталкивается, производит рентгеновское излучение, вспышки и мощные магнитные ветра. Из-за этого спектр обычного квазара «рваный», искаженный и совсем не похож на простое нагретое тело.

Но у объекта BBQSORS ученые увидели именно этот «чистый», идеальный тепловой спектр абсолютно черного тела. Это возможно только в одном случае: в самом центре скрыта яростная черная дыра, выделяющая колоссальную энергию, но эта энергия упирается в сверхплотное, ровное и массивное облако газа и пыли, окружающее объект со всех сторон (кокон). Облако поглощает жесткую радиацию черной дыры, нагревается равномерно до 10 000 Кельвинов и начинает светиться во все стороны как гигантская, но идеальная 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 «прожаривает», превращаясь в полноценную галактику-маяк.

Рождение квазара «в духовке»

Сопоставив эти данные с другими наблюдениями, ученые пришли к выводу, что BBQSORS относится к редкому переходному классу к необычным объектам, которые в астрономии называют «маленькими красными точками» (LRDs).

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

По мнению авторов, BBQSORS поймали в самый драматичный момент эволюции. Газ вокруг него оказался намного горячее, чем у обычных «красных точек». Черная дыра буквально «прожаривает» окружающий ее кокон, испаряя и сдувая мешающие облака мощным излучением. Происходит процесс «приготовления» классического квазара.