Древний квазар излучил радиоджеты, протянувшиеся на расстояние, превышающее размеры нашей Галактики.

Сверхмассивные черные дыры, как предполагается, находятся в центрах почти всех галактик и образуют аккреционный диск из окружающего вещества. Когда материя падает из этих дисков на черные дыры, часть её выбрасывается из полюсов этих космических «монстров», создавая узкие струи плазмы, известные как джеты. Эти джеты вырываются из области черных дыр с околосветовой скоростью, а их длина может достигать многих световых лет.

Например, ранее обнаруженный астрофизиками Порфирион — два потока заряженных частиц длиной 23 миллиона световых лет — могут влиять на распределение материи и магнитных полей в так называемой космической паутине.

Тем не менее, результаты нового исследования, представленного на сервере препринтов Корнеллского университета (США), показали, что очень яркий квазар J1601+3102, который астрономы наблюдают таким, каким он был примерно 12,5 миллиарда лет назад, излучает мощные радиоджеты длиной более 200 тысяч световых лет.

Ранее подобное считалось невозможным: до этого открытия астрономы думали, что плотное реликтовое излучение (равномерно заполняющее Вселенную тепловое излучение, возникшее в эпоху первичной рекомбинации водорода) на высоких красных смещениях забирает энергию у струй и препятствует их дальнейшему распространению от родительских галактик.

Однако два радиоджета — массивные выбросы энергии и частиц — по обе стороны от центральной черной дыры квазара, наблюдаемого на частоте 144 МГц с субсекундным разрешением с помощью радиотелескопа LOFAR (Low Frequency Array), преодолели эту потерю энергии.

Международная исследовательская группа под руководством астронома Анниек Джоан Глудеманс (Anniek Joan Gloudemans) из Обсерватории Джемини предположила, что причина наблюдаемого явления заключается в том, что условия окружающей среды во время формирования квазара были благоприятными и позволили избежать значительной потери энергии. Следует отметить, что J1601+3102 образовался во Вселенной, когда её возраст не превышал миллиарда лет.

«Считалось, что такие протяженные радиоджеты в ранней Вселенной подавлялись из-за взаимодействия с реликтовым излучением. Однако теперь мы наблюдаем струю, которая достигла огромных размеров. Это открытие ставит под сомнение наше понимание формирования этих структур», — пояснила Глудеманс.

Для изучения ультрафиолетового спектра квазара и оценки массы его центральной сверхмассивной черной дыры команда ученых использовала ближний инфракрасный спектрограф Джемини (GNIRS).

Результаты показали, что масса этого космического «монстра» составила около 450 миллионов масс нашего Солнца — относительно скромный размер по сравнению с другими известными удаленными квазарами. Это, по мнению астрономов, свидетельствует о том, что наличие исключительно сверхмассивных черных дыр не является обязательным условием для формирования мощных джетов.

Более того, этот необычный квазар аккрецировал материю почти на половине предела Эддингтона (порога, связанного с максимальной светимостью аккреционного диска черной дыры и скоростью поглощения материи). Это указывает на то, что черная дыра росла очень быстро.

Открытие, по мнению его авторов, не только способствует лучшему пониманию эволюции галактик и роста черных дыр в ранней Вселенной, но также может привести к пересмотру моделей, которые предсказывают ограниченную активность радиоджетов из-за взаимодействия с реликтовым излучением.

Выводы исследовательской группы также не исключают более значимую роль струй в формировании ранней Вселенной. Астрономы намерены проводить дальнейшие наблюдения с помощью радиотелескопов нового поколения, таких как Square Kilometre Array (SKA), которые позволят изучить «детство» Вселенной с беспрецедентной детализацией.