Астрономов завалило пропащими чёрными дырами

“…И увидел небо в чёрных дырах”. Пройдёт совсем немного времени, и это выражение войдёт в обиход и будет значить примерно следующее: “Мучительно чего-то искал и наконец отыскал”. По крайней мере, именно так закрылось дело о пропавших чёрных дырах, которые вдруг нашлись в таком количестве, что просто засыпали собой долго искавших их учёных.

На протяжении десятилетий астрофизики ломали головы над одной непростой загадкой чёрных дыр.

Так называемые активные чёрные дыры — они же квазары — представляют собой структуры, излучающие огромную энергию. Объект такого рода — чёрная дыра, окружённая громадным газопылевым облаком в форме бублика и находящаяся в центре весьма крупных галактик.

Со временем под действием гигантской гравитации вещество облака отрывается от облака и падает в чёрную дыру. Её притяжение столь велико, что эта материя движется с очень большой скоростью, разогревается до солидных температур и в результате сильно излучает в рентгеновском диапазоне.

Рентген, испускаемый в результате этого процесса, регистрируется в виде фонового излучения, однако конкретных его источников астрономы находят мало — слишком мало, чтобы создавать этот фон. Часто поток блокируется очень плотными облаками газа и пыли, окружающими квазар — таково возможное объяснение этого парадокса.

И всё же слишком маленькая “популяция” наблюдающихся квазаров как будто бы убеждает в том, что их и в действительности почти нет.

Ситуация настолько обеспокоила Эмануэля Дадди (Emanuele Daddi), астронома из парижского университета Дени Дидро (Université Paris Diderot), что он решил во что бы то ни стало разыскать пропащие квазары. Для поиска он воспользовался надёжными, давно проверенными средствами: орбитальными телескопами Spitzer и Chandra.

Учёный приступил к серьёзному и объёмному исследованию: он взялся за наблюдение одной тысячи галактик. Все эти выбранные им и его коллегами объекты очень массивны — они сравнимы с нашим немелким Млечным Путём, но только имеют не такую правильную форму, как у него. Кроме того, они характеризуются сильной “запылённостью”, и, естественно, в них раньше не находили никаких квазаров.

Направив инфракрасное око Spitzer на интересующие галактики, Дадди обнаружил несколько сотен галактик, у которых тепловое излучение оказалось непредсказуемо мощным. Ну да ладно — разное бывает.

Снимок в инфракрасном диапазоне, сделанный аппаратом Spitzer на длине волны 24 микрометра. Зелёными окружностями отмечены галактики с квазарами (фото NASA/JPL-Caltech/E. Daddi/CEA Saclay).

Потом исследователь стал рассматривать всё ту же тысячу с помощью Chandra — чтобы поймать её рентген. Опять нашлось много галактик, со слишком сильным — теперь рентгеновским — излучением.

А затем астроном сделал простой ход. Он взял и совместил рентгеновские и инфракрасные снимки. В результате оказалось, что завышенное излучение и в том, и в другом диапазоне наблюдается у очень большой части изученных объектов — примерно у двухсот.

Из этого и сделан вывод, что там прячутся закутанные пылью квазары. Их энергия настолько велика, что материя в них движется очень быстро, испуская рентген, при этом сильно нагреваясь и излучая инфракрасные волны.

Интересно, что эти галактики найдены на расстоянии в 9-11 миллиардов световых лет. Это значит, что мы их видим такими, какими они были 9-11 миллиардов лет назад, когда возраст Вселенной насчитывал 2,5-4,5 миллиарда лет.

Отсюда получено ещё одно интересное следствие — больше всего квазаров существовало в ранней Вселенной (и это при том, что квазары той эпохи недавно считались крайне малочисленными). А вот что с ними стало потом — это вопрос…

В результате работы учёные сделали ещё кое-какие важные выводы, в частности, об эволюции галактик. Например, выяснилось, что в ходе развития такого объекта одновременно происходит формирование звёзд и увеличение чёрной дыры — но до тех пор, пока она не начнёт препятствовать звёздообразованию.

Пример действия метода наложения, использовавшегося в данной работе. На снимках показана галактика, оказавшаяся квазаром, в рентгеновском диапазоне и в инфракрасном. Слева — использована часть инфракрасного спектра, в котором выделяется энергия, характерная для звёздообразования, справа — участок инфракрасного диапазона, типичный для бóльших энергий, нехарактерных для этого процесса. На этих снимках произошло совпадение участков с высокой энергией в рентгене и в части инфракрасного излучения. Старательные учёные обвели кружочком такое место — там притаился квазар (фото NASA/CXC/Durham/D.Alexander et al.). 

 

Также опровергнуто давнее предположение, будто квазары становятся активными только в результате объединения галактик с чёрными дырами в середине — были обнаружены и квазары, активные безо всяких предшествующих слияний.

“Это выглядит так, как если бы мы раньше с закрытыми глазами изучали слона и не были уверены в том, что за животное мы исследуем. А сейчас мы впервые увидели слона”, — Давид Элбаз (David Elbaz), другой учёный из университета Дидро, решил вот так прокомментировать исследование — на тот случай если никто так и не понял, что же сделали астрономы.

Для тех, кто всё-таки хочет подробнее разобраться с тем, чего и как добились учёные, “Астрофизический журнал” (Astrophysical Journal) вскоре опубликует серию статей, раскрывающих содержание исследования.