Космические мастодонты: обнаружены гигантские квазары, пронзающие Вселенную

Астрономы обнаружили 53 новых квазара, питаемых сверхмассивными черными дырами, которые выбрасывают струи вещества почти со скоростью света, протяженностью до 7,2 миллиона световых лет — это примерно в 50 раз больше ширины нашей галактики Млечный Путь.

Эти колоссальные объекты, известные как Гигантские Радио Квазары (Giant Radio Quasars), были найдены среди 369 радиоквазаров, недавно обнаруженных индийскими астрономами в данных, собранных Гигантским метроволновым радиотелескопом (GMRT) — решеткой из 30 параболических антенн недалеко от Пуны, Индия, — в рамках обзора неба TGSS. Обзор охватил около 90% небесной сферы, а широкое поле зрения и высокая чувствительность телескопа сделали его идеальным инструментом для поиска таких удаленных гигантских радиоисточников.

«Размеры этих радиоджетов несопоставимы ни с нашей Солнечной системой, ни даже с нашей галактикой, — сказал в заявлении член исследовательской группы, сотрудник Миднапурского городского колледжа Сувик Маник. — Мы говорим об объектах, вытянутых на 20–50 диаметров Млечного Пути, поставленных бок о бок».

Хотя сверхмассивные черные дыры массой в миллионы и миллиарды солнечных, как считается, находятся в центрах всех крупных галактик, не все эти космические гиганты питают яркие центральные области, известные как Активные Галактические Ядра (AGN), или видны как «квазары» — чрезвычайно мощные галактические ядра.

Чтобы стать квазаром, сверхмассивная черная дыра должна быть окружена большим количеством газа и пыли, которыми она может питаться. Это вещество вращается вокруг черной дыры в уплощенных структурах, называемых аккреционными дисками. Огромное гравитационное влияние черной дыры создает мощные приливные силы в этих дисках, разогревая материал и заставляя его ярко излучать во всех диапазонах электромагнитного спектра.

Однако черные дыры — известные «неаккуратные едоки». Не весь материал из аккреционного диска падает на них. Сильные магнитные поля направляют высокоионизированный газ, или плазму, к полюсам черной дыры, где она разгоняется до околосветовых скоростей и выбрасывается в противоположных направлениях в виде мощных двойных струй (джетов). Со временем, на расстоянии многих световых лет от источника, эти струи могут расширяться в широкие шлейфы, или «лепестки» (лобы), распространяющиеся далеко выше и ниже плоскости родной галактики. Джеты и лепестки сопровождаются мощным радиоизлучением.

«Их колоссальные радиоджеты делают эти квазары ценными для понимания как поздних стадий их эволюции, так и межгалактической среды, в которой они расширяются — разреженного газа, который удерживает их радиолепестки в миллионах световых лет от центральной черной дыры, — пояснил руководитель группы, астроном Миднапурского городского колледжа Сабясачи Пал. — Однако находить таких гигантов непросто». Исследователь объяснил, что это связано с тем, что слабый «мост» излучения, соединяющий два лепестка, часто исчезает ниже порога обнаружения, из-за чего общая структура кажется разорванной или неполной.

«Обзоры на низких радиочастотах особенно эффективны для идентификации таких систем, потому что стареющая синхротронная плазма в лепестках излучает сильнее на низких частотах, чем на высоких», — добавил Пал.

Команда заметила интересную тенденцию: по крайней мере 14% этих гигантских объектов находятся внутри групп и скоплений галактик, а также вблизи космических нитей из газа, пыли и темной материи — мест, где галактики собираются и растут.

«Похоже, что окружающая среда играет важную роль в формировании эволюции этих радиоджетов, — отметил член команды Нетаи Бхукта из Университета Сидхо Канхо Бирша в Лагде, Индия. — В более плотных регионах струи могут замедляться, изгибаться или разрушаться окружающим газом, в то время как в более пустых областях они могут свободно расти в межгалактической среде».

Хотя у большинства квазаров есть двойные струи, ученые заметили, что они часто асимметричны по длине или яркости. «Эта асимметрия говорит нам о том, что джеты ведут борьбу с неоднородной космической средой, — сказал еще один член команды, Сушанта К. Мондал из того же университета. — С одной стороны, струя может «врезаться» в более плотные облака межгалактического газа, замедляя свой рост, в то время как с другой стороны она свободно расширяется в более разреженной среде».

Результаты исследования также указывают на то, что гигантские квазары на больших расстояниях демонстрируют бо́льшую асимметрию струй по сравнению с более близкими к нам. Это может быть связано с тем, что, наблюдая более далекие квазары, мы заглядываем дальше в прошлое — в эпоху, когда Вселенная была гораздо более хаотичной и заполненной плотным газом, искажавшим траектории этих струй.

Исследование команды было опубликовано 13 ноября в журнале The Astrophysical Journal Supplement Series Американского астрономического общества. Эти открытия не только расширяют каталог самых экстремальных объектов во Вселенной, но и предоставляют астрономам уникальные «космические зонды». Гигантские радиоквазары, подобные этим, действуют как естественные маяки, освещая невидимую структуру Вселенной — распределение темной материи и разреженного газа в межгалактической среде на беспрецедентных масштабах. Их изучение может пролить свет на фундаментальные вопросы о том, как сверхмассивные черные дыры формируют свои галактики и какую роль они играют в крупномасштабной космической паутине.