Уражанне гэтага мастака паказвае, як J043947.08 + 163415.7, вельмі далёкі квазар, які працуе на звышмасіўнай чорнай дзірцы, можа выглядаць блізка. Гэты аб'ект, безумоўна, самы яркі квазар, які яшчэ быў выяўлены ў раннім Сусвеце, але толькі з пункту гледжання яўнай яркасці (ESA / HUBBLE, NASA, M. KORNMESSER)

Выбачайце, астраномы не знайшлі найяскравейшага квазара ва ўсім Сусвеце

Дзякуючы гравітацыі Эйнштэйна і магутнасці касмічнага тэлескопа Хаббл, гэта самы яркі квазар, які мы калі-небудзь выяўлялі.

У астраноміі можна адказаць на два віды пытанняў: простыя і жорсткія. Лёгкія пытанні, звязаныя з аб'ектамі, якія знаходзяцца побач, багатыя і простыя ў разглядзе; цяжкія - гэта аддаленыя прадметы, якія рэдка і цяжка знайсці. Шмат у чым самыя вялікія пытанні звязаныя з вызначэннем таго, што адбываецца ў самых вялікіх касмічных крайнасцях.

У новай уражлівай знаходцы астраномы абвясцілі пра рэзалюцыйны квазар у раннім Сусвеце: за 600 трлн. З яго святла прыйшло 13 мільярдаў гадоў таму - толькі 800 мільёнаў гадоў пасля Вялікага выбуху - яго яркасць азначае, што ён сілкуецца чорнай дзіркай, у 10 мільярдаў разоў большай за масу нашага Сонца.

Але гэтая выснова цалкам памылковая. Гэта хітрасць адноснасці Эйнштэйна, якая падманвае нас, і мы дакладна разумеем, чаму.

Уявіце, што ў вас яркая лямпачка. Калі вы ўключыце выключальнік, ён награвае сваю нітку і блішчыць, як харчаванне ад стандартнага колькасці: 100 Вт. Вы можаце стаяць на пэўнай адлегласці ад яго і дакладна прадказаць, наколькі ярка яно павінна выглядаць. І гэта працуе і іншым шляхам: калі вы можаце вымераць яго адлегласць і наколькі ярка яно выглядае, вы можаце дакладна зрабіць выснову пра тое, наколькі яно ўласна святло.

Але ёсць такая заўвага да гэтага кірунку мыслення. Вы павінны пераканацца, што нішто не павялічвае святло, якое вы бачыце са свайго месцазнаходжання ў космасе. Калі вы праглядзеце гэтую лямпачку праз павелічальнае шкло, вы ўсё роўна атрымаеце правільнае вымярэнне адлегласці, але вы б вымералі яўную яркасць, якая была штучна ўзмоцнена. Чым большая павелічальная магутнасць вашага аб'ектыва, тым больш штучнае ўзмацненне. Калі вы паспрабавалі зрабіць выснову пра тое, наколькі сапраўды была ваша светлавая лямпа, вы будзеце ўхіляцца да няправільнага адказу, з большымі павелічэннямі змяняючы свае вынікі большай колькасцю.

Гравітацыйныя лінзы, якія павялічваюць і скажаюць фонавы крыніца, дазваляюць нам бачыць больш слабыя і больш аддаленыя аб'екты, чым калі-небудзь раней. (ALMA (ESO / NRAO / NAOJ), L. CALÇADA (ESO), Y. HEZAVEH ET AL.)

У прыродзе ў космасе няма павелічальных ачкоў, але ёсць сапраўдная з'ява гравітацыйнага лінзіравання. Калі вы глядзіце на далёкі аб'ект у Сусвеце, існуе цалкам рэальная магчымасць наяўнасці вялікай масы ўздоўж вашай прамой бачнасці ў адносінах да таго, што вы назіраеце.

У адноснасці Эйнштэйна маса прымушае тканіна прасторы і часу крывіцца, і большая маса выклікае вялікую крывізну. Святло ад далёкага аб'екта, які праходзіць праз вобласць моцна выгнутай прасторы часу, будзе скажона. Калі скажэнне досыць значнае, яно можа выклікаць розныя эфекты, уключаючы расцяжэнне назіранага малюнка, стварэнне некалькіх малюнкаў і вялікае павелічэнне святла, якое паходзіць з крыніцы.

HE0435–1223, размешчаны ў цэнтры гэтага выявы з шырокім полем, уваходзіць у пяцёрку найлепшых да гэтага часу квазараў. Галактыка пярэдняга плана стварае чатыры высокасіметрычныя выявы далёкага квазара вакол яго. Квазары - гэта самыя далёкія аб'екты, якія можна знайсці ў назіральнай Сусвеце. (ESA / HUBBLE, NASA, SUYU ET AL.)

Што тычыцца самых яркіх аб'ектаў у звышдалёкай Сусвету, мы не выкарыстоўваем лямпачкі. Мы нават не выкарыстоўваем зоркі, галактыкі і звышновыя; На такіх вялікіх адлегласцях адзіныя асобныя аб'екты, якія можна ўбачыць у вялікай колькасці, - квазары. Неўзабаве пасля Вялікага выбуху Сусвет упершыню ўтварыла зоркі, што прывяло да чорных дзірак, зліццяў і галактык. З часам, у цэнтры гэтых маладых галактык, у выніку з'явіліся першыя звышмасіўныя чорныя дзіркі.

Гэтыя чорныя дзіркі, калі іх галактыкі-гаспадары падвяргаюцца вялікім выбухам зорак, могуць утварацца і пажыраць вялікую колькасць матэрыі. У гэты час чорныя дзіркі растуць, а рэгіёны, якія атачаюць іх, выпраменьваюць вялікую колькасць электрамагнітнага выпраменьвання, пачынаючы ад радыёчастотнага спектру аж да рэнтгенаўскага выпраменьвання. На аснове выпраменьвання, якое мы назіраем, мы можам аднавіць рознага роду ўласцівасці гэтых квазараў і галактык, якія яны насяляюць.

Гэты нядаўна выяўлены квазар названы J043947.08 + 163415.7, які мы назавем кароткім J0439. Гэта было выяўлена ў шырокім абследаванні ў 2017 годзе, і ў мінулым годзе ён атрымаў наступныя назіранні ад Хабла. І - як вы спадзяваліся б з лямпачкай - нам удалося вымераць адлегласць і яркасць гэтага аб'екта.

Мы можам з вялікай доляй дакладнасці вымераць, наколькі далёкі гэты квазар, і атрымаць значэнне, ужыўшы тое, што мы ведаем пра пашыраецца Сусвеце: 28,1 мільярда светлавых гадоў.

Мы можам з высокай дакладнасцю вымераць, наколькі яркім з’яўляецца квазар, збіраючы яго святло, і гэта дае нам прамое вымярэнне бачнай яркасці.

І склаўшы гэтыя дзве лічбы разам, мы атрымаем гэтую лічбу для ўласнай свяцільнасці квазара: 600 трыльёнаў разоў больш яркасці Сонца.

Самы аддалены рэнтгенаўскі струмень у Сусвеце, ад квазара ГБ 1428, прыблізна такі ж адлегласць і ўзрост, што і з Зямлі, як квазар S5 0014 + 81, дзе знаходзіцца, магчыма, самая вялікая ў свеце Сусветная чорная дзірка. Лічыцца, што гэтыя далёкія гегемоты актывізуюцца зліццём ці іншымі гравітацыйнымі ўзаемадзеяннямі, што таксама прыводзіць да значнага скоку хуткасці ўтварэння зорак, які назіраецца ў гэтых галактыках-гаспадарах. (X-RAY: NASA / CXC / NRC / C.CHEUNG ET AL; АПТЫЧНЫ: NASA / STSCI; RADIO: NSF / NRAO / VLA)

Калі б гэта было так, гэты аб'ект быў бы далёка не самай яркай рэччу, якую мы выявілі на такіх вялікіх адлегласцях. У цяперашні час мы ведаем сотні квазараў, выяўленых на аднолькавых экстрэмальных адлегласцях, яркасць якіх складае ад некалькіх трыльёнаў да, магчыма, 300 трыльёнаў разоў больш, чым яркасць Сонца. Такім чынам, гэты новы квазар, J0439, цяпер больш чым у два разы святлейшы, чым наступны-яркі. Некаторыя нават сцвярджаюць, што гэта можа быць самым яркім квазарам у раннім Сусвеце.

Каб даць вам уяўленне аб тым, якім экстрэмальным можа быць такі квазар, можна зрабіць выснову пра масу цэнтральнай чорнай дзіры, зыходзячы з яго яркасці: 10 мільярдаў сонечных мас. Мы можам зрабіць выснову аб утварэнні зорак для галактыкі, у якой знаходзіцца: 10000 сонечных мас варта новых зорак у год.

Для параўнання, наш Млечны Шлях мае звышмасіўную чорную дзірку толькі з 4 мільёнаў сонечных мас і ўтварае менш за 1 сонечную масу ў год новых зорак.

Гэты шматхвалевы выгляд галактычнага цэнтра Млечнага Шляху ідзе ад рэнтгенаўскага выпраменьвання праз аптычны і інфрачырвоны, дэманструючы Стральца А * і ўнутрыгалактычную сераду, размешчаную за 25000 светлавых гадоў. Чорная дзірка мае прыблізна 4 мільёны сонцаў, у той час як Млечны Шлях у цэлым стварае зоркі менш за адну новую Сонца кожны год. У канцы гэтага года, выкарыстоўваючы дадзеныя радыё, EHT вырашыць гарызонт падзей чорнай дзіры. (X-RAY: NASA / CXC / UMASS / D. WANG ET AL; АПТЫЧНЫЯ: NASA / ESA / STSCI / D.WANG ET AL; IR: NASA / JPL-CALTECH / SSC / S.STOLOVY)

Было выяўлена каля 500 квазараў, якія прыйшлі да нас з самых ранніх часоў: калі Сусвету было менш за 1,2 мільярда гадоў. Ні адзін з гэтых яркіх, не мае настолькі масіўных чорных дзірак, альбо гэта так вялікая хуткасць утварэння зорак. Калі б гэты квазар быў такім яркім, як вынікаюць з гэтых назіранняў, ён мог бы стаць самым экстрэмальным аб'ектам ва ўсёй Сусвеце.

Але гэта няпраўда. Квазар J0439 не з'яўляецца яркім, чым наша Сонца, у 600 трыльёнаў разоў і, безумоўна, не з'яўляецца самым яркім квазарам у Сусвеце. Замест гэтага, J0439 паказвае прыкметныя прыкметы гравітацыйных лінзаў, якія маглі б павялічыць яго на 50 разоў.

Замест таго, каб быць у 600 трыльёнаў разоў святлейшым, чым наша Сонца, яно можа быць толькі ў 10–12 трыльёнаў разоў святлейшым, што на самой справе зробіць яго адным з найменшых квазараў, калі-небудзь выяўленых на такой вялікай адлегласці.

На гэтым малюнку паказаны далёкі квазар J043947.08 + 163415.7, як гэта назіралася з касмічным тэлескопам NASA / ESA Хаббл. Квазар - адзін з самых яркіх аб'ектаў у раннім Сусвеце. Аднак з-за адлегласці ён стаў прыкметны толькі таму, што гравітацыйным лінзаваннем яго малюнак стаў ярчэй і большым. (NASA, ESA, X. FAN (UNIVERSITY ARIZONA))

Падпісы на лінзах цалкам адназначныя і непазбежныя. У дадзеных Hubble было вырашана некалькі малюнкаў, паколькі назіранні паказалі наяўнасць трох асобных малюнкаў для J0439. Відавочна існаванне галактыкі пярэдняга плана, якая кампенсуецца толькі неабходнай вуглавай розніцай, што паказвае крыніцу гравітацыйнага лінзіравання.

Лепшая інтэрпрэтацыя гэтых дадзеных заключаецца ў тым, што квазар можа пасылаць святло з 13 мільярдаў гадоў таму, але прыблізна на паўдарогі паміж намі і гэтым квазарам, якая пераплятаецца галактыка, моцна крывіць космас. Калі мы рэканструюем тое, што павінна быць, каб растлумачыць гэтыя назіранні, мы робім выснову, што гэта не самы яркі квазар, выяўлены на такіх вялікіх адлегласцях; гэта першы квазар, які гравітацыйна падаў у самыя далёкія дасягненні Сусвету.

Ілюстрацыя гравітацыйнага лінзавання дэманструе, як фонавыя галактыкі - альбо любы светлавы шлях - скажаюцца наяўнасцю ўмяшальнай масы, але таксама паказваюць, як прастора сама сагнутая і скажоная наяўнасцю самой масы пярэдняга плана. Павелічэнне такой лінзы можа выклікаць блытаніну адносна ўласнай яркасці крыніцы, калі яна не ўлічваецца належным чынам. (НАСА / ЕКА)

Калі мы ўлічваем эфекты гравітацыйнага лінзіравання разам з звязаным з гэтым скрыўленнем прасторы за кошт адноснасці Эйнштэйна, гэты квазар становіцца значна больш разумным.

  • Замест святла ў 600 трыльёнаў разоў больш, чым наша Сонца, гэта толькі ~ 12 трлн разоў, як святлівае, у адпаведнасці з іншымі квазарамі.
  • Замест чорнай дзіркі, якая ў 10 мільярдаў разоў масіўнейшая за наша Сонца, што не было чута ў такія раннія часы, яна павінна быць толькі ў 0,8 мільярда разоў большай за масу нашага Сонца, што адпавядае іншым вялікім звышмасіўным чорным дзіркам на тых ранніх стадыях.
  • І замест хуткасці ўтварэння зорак, якая ў дзясяткі тысяч разоў большая, чым наша ўласная галактыка, мы рэканструюем адзін, які значна больш цесна адпавядае іншым маладым квазарам: некалькі сотняў да некалькіх тысяч сонечных мас варта новых зорак у год.

У далейшым больш шырокія маштабныя абследавання павінны выявіць больш квазараў на мяжы магутных гравітацыйных лінзаў. Мы павінны выявіць яшчэ шмат гэтых квазараў з нізкай свяцільнасцю на вялікіх адлегласцях, якія ніжэй парогаў выяўлення нашых цяперашніх абсерваторый без узмацнення лінзаў. У прыватнасці, у дачыненні да J0439 мы цалкам чакаем, што наступныя назіранні з ALMA выявяць, наколькі хутка рухаецца матэрыял вакол чорнай дзіркі, якія працуюць на квазары, і дасць нам зразумець, якая яго маса на самай справе.

Ядро галактыкі NGC 4261, як ядро ​​вялікай колькасці галактык, паказвае прыкметы звышмасіўнай чорнай дзіркі як у інфрачырвоных, так і ў рэнтгенаўскіх назіраннях. Калі мы вымяраем рух газу, у тым ліку яго хуткасць, на розных адлегласцях ад цэнтра, вакол гэтай чорнай дзіркі, мы можам зрабіць выснову пра дакладную велічыню чорнай дзіркі in situ. (NASA / HUBBLE AND ESA)

Гэты новы квазар займальны, але не па прычынах, якія вы маглі чуць. Гэта не самы яркі аб'ект каля нашага касмічнага світання, але адзін з самых слаба выяўленых падобных аб'ектаў. Толькі з-за магутнасці гравітацыйнага лінзіравання, шанцаў выраўнавання ўмяшання галактыкі і унікальных правілаў адноснасці Эйнштэйна мы змаглі знайсці яе наогул.

Мы, магчыма, знайшлі квазар з самай вялікай яўнай яркасцю ў раннім Сусвеце, які сам па сабе характэрны. Але наша мэта - зразумець Сусвет такім, які ён ёсць, а не такім, які нам здаецца. Калі мы ўлічым гэта, гэты квазар дакладна адпавядае таму, што мы чакаем ад яго. І гэта займальная гісторыя сама па сабе, без дадатковай сенсацыі.

Цяпер пачынаецца з выбуху на Forbes, і апублікаваны на Medium дзякуючы нашым прыхільнікам Patreon. Этан з'яўляецца аўтарам дзвюх кніг "За межамі Галактыкі" і "Трэкнологія: Навука пра зорны шлях" ад трыкутнікаў да "драйву".