Вчера мы уже писали об открытии, важную роль в котором сыграл Очень большой телескоп Европейской южной обсерватории. В последнем выпуске журнала «Nature» группа европейских астрономов представила новое открытие, сделанное при помощи ряда телескопов, среди которых центральное место снова занимал Очень большой телескоп. Ученым удалось обнаружить наиболее удаленный квазар. Этот ярчайший объект, получающий энергию от огромной черной дыры, имеющей массу около двух миллиардов Солнц, на данный момент считается самым ярким объектом, оставшимся от ранних этапов эволюции Вселенной.

«Этот квазар – важный пробный камень наших познаний о ранней Вселенной. Этот объект очень редок, он поможет нам узнать, как росли сверхмассивные черные дыры в течение нескольких сотен миллионов лет после Большого взрыва», – говорит Стивен Варрен, руководитель международной команды ученых.

Квазары – очень яркие далекие галактики. Считается, что их энергия берется из черных дыр, расположенных в центре галактики. Яркость квазаров делает их удобным объектом для попытки узнать что-то о том времени, когда первый звезды и галактики только образовывались. Открытый недавно квазар находится настолько далеко, что его свет может что-то сказать о временах реионизации. Согласно современной космологии, опирающейся на теорию Большого взрыва, примерно через 300 тысяч лет после взрыва, произошедшего 13.7 миллиардов лет назад, Вселенная остыла настолько, что электроны и протоны могли соединиться, образуя нейтральные атомы водорода. Этот холодный темный газ доминировал во Вселенной до того момента, когда примерно 100-150 миллионов лет спустя начали появляться первые звезды. Их мощной ультрафиолетовое излучение разрушало атомы водорода и снова освобождало электроны и протоны. Это процесс и называют реионизацией. В результате Вселенная стала более прозрачна для ультрафиолетового излучения. Считается, что период реионизации имел место между 150 и 800 миллионами лет после Большого взрыва.

Новый квазар получил имя ULAS J1120+0641, поскольку он был найден в ходе проекта UKIDSS Large Area Survey. Этот проект, начавшийся в мае 2005 года, направлен на изучение 7500 квадратных градусов неба в Северном полушарии. Наблюдения проводятся инфракрасном диапазоне. Буква «J» в названии указывает на положение квазара на небесной сфере. Похоже, этот квазар образовался всего через 770 миллионов лет после Большого взрыва. Это удалось определить по его красному смещению. Поскольку свет распространяется с конечной скоростью, когда астрономы смотрят далеко в пространстве, они, можно сказать, видят глубже во времени. Свет от квазара ULAS J1120+0641 шел  Земле 12.9 миллиардов лет, поэтому и можно утверждать, что сейчас мы видим квазар таким, каким он был через 770 миллионов лет после Большого взрыва. В течение этих 12.9 миллиардов лет Вселенная расширилась и свет от любого объекта, шедший к Земле, растянулся. Это явление и называют красным смещением, или космологическим красным смещением. Оно позволяет оценить, насколько расширилась Вселенная в течение времени, прошедшего между испусканием и получением сигнала. Квазар ULAS J1120+0641 имеет красное смещение 7.1.

Хотя достоверно известно, что существуют и более удаленные объекты (например, галактика UDFy-38135539, имеющая красное смещение 8.5 и также обнаруженная силами Европейской южной обсерватории), новый квазар примечателен тем, что он в сотни раз ярче этих объектов. Поэтому среди объектов, которые достаточно ярки для плодотворного изучения, квазар ULAS J1120+0641 – самый далекий.

Следующий за ним на шкале дальности квазар имеет красное смещение 6.4, и мы видим его таким, каким он был через 870 миллионов лет после Большого взрыва. Аналогичные объекты, находящиеся дальше, не могут быть обнаружены при помощи исследований в видимом диапазоне, так как их излучение, растянутое из-за расширения Вселенной, практически все находится в инфракрасном диапазоне к тому моменту, когда оно достигает Земли. Для решения этой проблемы используется английский телескоп UKIRT, расположенный на Гавайях. Ученые продирались через дебри данных, полученных этим телескопом, в поисках дальних квазаров, и им сопутствовал успех.

«У нас ушло пять лет на то, чтобы найти этот объект, – говорит Брам Венемас, один из соавторов публикации. – Мы искали квазар с красным смещением более 6.5. Поэтому для нас было сюрпризом и большой радостью, когда мы обнаружили квазар со смещением более 7. Этот квазар предоставляет возможность изучить время реионизации, стомиллионный период в истории нашей Вселенной, который пока был нам недоступен».

Расстояние до квазара было определено при помощи измерений, полученных прибором FORS2, установленным на Очень большом телескопе и аналогичными приборами, установленными на телескопе Жемини. Поскольку квазар ULAS J1120+0641 относительно ярок, ученые могут определить его спектр. Это позволило астрономам узнать много нового о квазаре. Оказалось, что масса черной дыры, находящейся в центре ULAS J1120+0641 более чем два миллиарда раз превышает массу Солнца. Такая большая масса, образовавшаяся через такое короткое время после Большого взрыва, вызывает удивление. Современные теории эволюции сверхмассивных черных дыр утверждают медленный рост их массы в ходе процесса поглощения объектов.

«Мы думаем, что всего существует не более сотни ярких квазаров с красным смещением более 7, – говорит Даниэль Мортлок, первый автор публикации. – Поиск такого объекта – трудное и утомительное занятие, но оно стоило того – мы смогли узнать много нового о раннем периоде жизни Вселенной».