Сверхмассивные черные дыры, в том числе та, что находится в центре Млечного Пути, окружены дисками падающего на них газа. Когда такой диск особенно активен, он излучает колоссальное количество энергии во всех диапазонах — это явление называют квазаром. Уже давно известно, что квазары существовали всего через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва, когда Вселенной было меньше 5% от нынешнего возраста. При этом масса некоторых черных дыр уже тогда превышала миллиард солнечных масс.
Теоретические модели уже давно предсказывали, что энергия квазаров должна быть достаточной, чтобы выдувать из галактик огромные массы газа со скоростями в тысячи километров в секунду. Такие «галактические ветры» способны лишать галактику сырья для формирования новых звезд, кардинально меняя ее судьбу. Но однозначно обнаружить эти потоки в самых ранних квазарах до сих пор было трудно.
Теперь, используя спектроскопические наблюдения телескопа «Джеймс Уэбб», ученые провели анализ 27 квазаров, существовавших примерно через миллиард лет после Большого взрыва. В шести из них обнаружены особенно быстрые потоки газа, распространяющиеся по всей галактике со скоростями до 8400 км/с. «Это огромная скорость даже по меркам квазаров», — отмечает ведущий автор работы, научный сотрудник обсерватории Стюарда Вэйчжэ Лю.
Ученые обнаружили, что такие экстремальные квазары с мощнейшими потоками газа были как минимум в четыре раза более распространены в ранней Вселенной, чем в более поздние эпохи, а их средняя мощность выбросов была примерно в 100 раз выше. «Иначе говоря, квазары с экстремальными оттоками встречались в ранней Вселенной гораздо чаще, и со временем таких объектов становилось все меньше и меньше, что довольно неожиданно», — говорит соавтор работы, профессор Университета Аризоны Сяохуэй Фань.
Профессор Университета Ньюкасла Тьяго Кошта, ранее предсказывавший в ходе теоретического моделирования, что мощные ветры должны быть практически обязательным свойством ранних квазаров, теперь получил подтверждение своим расчетам. «Мы давно предполагали, что ранние квазары должны раздувать по своим галактикам очень сильные ветры. Здорово наконец увидеть ясные признаки того, что эти потоки в ранней Вселенной действительно были распространены повсеместно и даже более экстремальными, чем сейчас», — говорит он. По словам ученого, следующей задачей будет понять, почему эти ветры настолько сильны и как именно они влияют на окружение.
Особый интерес эти результаты вызывают из‑за другой загадки: в наблюдениях ранних этапов истории Вселенной, в пределах первых двух миллиардов лет после Большого взрыва, астрономы находят удивительно много массивных галактик, которые уже перестали формировать звезды. «Многие из этих галактик выглядят “старыми” в том смысле, что они прекратили звездообразование гораздо раньше, чем мы ожидали, — поясняет Лю. — Как они успели так быстро вырасти и так рано “выключиться”? Это наблюдение бросало вызов нашим представлениям о формировании галактик и стало одной из главных мотиваций нашего исследования».
Авторы работы считают, что процесс «гашения» звездообразования может быть напрямую связан с квазарами. Космологические симуляции, в том числе работы Кошты, показывают, что мощное излучение квазара действует наподобие паяльной лампы: оно нагревает и разгоняет газ, выметая его из галактики, пока он не успел остыть и сжаться в новые звезды. В отличие от узких релятивистских джетов, которые бьют почти со скоростью света и «пробивают» лишь узкие каналы, широкие газовые потоки могут действовать во многих направлениях сразу.
Авторы оценили, что такие экстремальные квазары живут по космическим меркам недолго — около 100 миллионов лет. За это время их галактика может ежегодно терять газ, эквивалентный тысячам солнечных масс. После этого квазар затухает, а галактика остается «тихой» — без значимого звездообразования. Таким образом, мощные ветры от ранних квазаров, по‑видимому, сыграли ключевую роль в том, чтобы досрочно «выключить» рождение звезд в некоторых из самых массивных галактик ранней Вселенной и повлиять на всю дальнейшую историю формирования галактик.
Ранее астрономы нашли способ изучить неуловимые нейтронные звезды.
Источник: hi-tech.mail.ru