Астрономы, объединив мощность телескопа Subaru и космической обсерватории James Webb (JWST), обнаружили семь квазаров, питающихся от сверхмассивных чёрных дыр и окружённых плотными пылевыми облаками. Эти объекты существовали менее чем через миллиард лет после Большого Взрыва, в эпоху, известную как «Космический Рассвет».

Долгое время учёные предполагали, что яркие квазары, скрытые пылью, должны были существовать в ранней Вселенной возрастом 13,8 млрд лет. Однако обнаружить их удалось лишь сейчас. Это первое подтверждение, что такие объекты не только реальны, но и встречаются в два раза чаще, чем считалось ранее.

«Это открытие стало возможным только благодаря уникальной комбинации двух телескопов, — заявил руководитель исследования Ёсики Мацуока из Университета Эхимэ (Япония). — Широкий обзор Subaru помог выявить редкие галактики, а JWST уловил их инфракрасное излучение, пробивающееся сквозь пыль. Это доказывает эффективность нашей стратегии: «наблюдаем с Subaru, исследуем с JWST»».

Квазары в эпоху Космического Рассвета

Сверхмассивные чёрные дыры массой в миллионы или миллиарды солнц находятся в центрах современных галактик. Однако не все они активны: одни, как Стрелец А* в Млечном Пути, «спят», другие же поглощают окружающую материю, формируя аккреционные диски. Из-за чудовищной гравитации вещество в дисках разогревается до миллионов градусов, а магнитные поля выбрасывают часть материала в виде релятивистских струй. Эти процессы создают квазары — одни из самых ярких объектов во Вселенной.

Квазары играли ключевую роль в эволюции галактик, но их происхождение в ранней Вселенной остаётся загадкой. Если бы они были многочисленны в Космический Рассвет (50 млн – 1 млрд лет после Большого Взрыва), это означало бы, что чёрные дыры формировались из первых звёзд. Если же редки — их рождение требовало особых условий, например, коллапса гигантских газовых облаков.

Обычно квазары находят по ультрафиолетовому излучению, но пыль эффективно его поглощает. Поэтому команда использовала Subaru для поиска ярких галактик без признаков квазаров, а JWST изучил их в инфракрасном диапазоне, который проникает сквозь пыль. Из 11 отобранных галактик 7 показали спектральные линии квазаров.

Анализ показал, что квазары излучают энергию триллионов солнц, а их масса сравнима с миллиардами солнечных. Пыль поглощает 99,9% ультрафиолета и 70% видимого света, объясняя, почему их не замечали раньше. Учитывая плотность обнаруженных объектов, учёные заключили: количество квазаров в ранней Вселенной вдвое превышает прежние оценки.

Команда планирует изучить, почему запылённые квазары отличаются от «обычных», а также найти больше подобных объектов в других регионах молодой Вселенной. Это поможет раскрыть полную картину формирования сверхмассивных чёрных дыр и их роль в рождении галактик.

«Эти скрытые гиганты — ключ к пониманию, как чёрные дыры достигли таких масс за столь короткое время», — отметил соавтор исследования, астрофизик из Калифорнийского университета.

Исследование опубликовано в журнале The Astrophysical Journal в июле 2024 года.

Открытие ставит новые вопросы. Например, как пыль, требующая для образования тяжёлых элементов нескольких поколений звёзд, успела сформироваться так быстро? Возможно, ранние звёзды были массивнее и эволюционировали стремительнее, насыщая среду металлами. Кроме того, обнаруженные квазары могут указывать на неизвестные механизмы роста чёрных дыр, такие как слияния или прямая аккреция из тёмной материи.

Учёные также надеются, что дальнейшие наблюдения JWST помогут определить распределение пыли вокруг квазаров и её влияние на формирование первых звёздных скоплений. Это приблизит человечество к разгадке одной из главных тайн космологии — как из тьмы юной Вселенной возникли сияющие города галактик.