Астрономы обнаружили крупнейшую и древнейшую из когда-либо зарегистрированных радиоструй, исходящую от квазара, который существовал, когда Вселенной было всего 1,2 миллиарда лет. Космическая структура, известная как J1601+3102, была зафиксирована с помощью сети телескопов LOFAR и простирается на поразительные 200 000 световых лет, что почти втрое превышает диаметр нашей галактики Млечный Путь.
Открытие, подробно описанное в журнале The Astrophysical Journal Letters, открывает окно в драматические процессы, формирующие раннюю эволюцию галактик, и неожиданные возможности скромных чёрных дыр в молодой Вселенной.
Колоссальная струя от скромной чёрной дыры
Что делает J1601+3102 особенно интригующим, так это не только её огромный размер, но и её источник. Квазар, видимый, когда Вселенной было всего девять процентов от её нынешнего возраста, питается чёрной дырой массой около 450 миллионов солнечных масс. Хотя это и значительная масса, она не считается экстремальной в космической иерархии квазаров.
«Интересно, что квазар, питающий эту массивную радиострую, не имеет экстремальной массы чёрной дыры по сравнению с другими квазарами», — объясняет Анник Глудеманс, научный сотрудник NOIRLab и ведущий автор исследования. «Это, по-видимому, указывает на то, что для генерации таких мощных струй в ранней Вселенной не обязательно нужна исключительно массивная чёрная дыра или высокая скорость аккреции».
Радиоструи состоят из заряженных частиц, выбрасываемых со скоростью, близкой к световой, образуя лепестки, которые светятся в радиодиапазоне. В данном случае два лепестка простираются примерно на 66 000 световых лет с каждой стороны от центрального квазара. Их видимость с Земли, несмотря на то, что прошло более 12 миллиардов лет, подчёркивает энергетическую мощь этого явления.
«Это только потому, что этот объект настолько экстремален, что мы можем наблюдать его с Земли, даже несмотря на то, что он очень далеко», — добавляет Глудеманс.
LOFAR раскрывает то, что другие не могли увидеть
Низкочастотная решётка (LOFAR), панъевропейская система телескопов, сыграла ключевую роль в этом открытии. Включая более 50 станций в разных странах — от Ирландии до Польши, LOFAR формирует виртуальный радиотелескоп, способный обнаруживать чрезвычайно длинноволновые радиосигналы. Эти низкие частоты особенно полезны для выявления слабых радиолепестков далёких галактик, которые другие телескопы часто упускают из виду.
«Когда мы начали изучать этот объект, мы ожидали, что южная струя будет просто несвязанным близлежащим источником, а большая часть её будет небольшой», — сказал Фритс Свейен, научный сотрудник Даремского университета и соавтор исследования. «Это было довольно удивительно, когда изображение LOFAR показало большие, детализированные радиоструктуры».
Повышенная чувствительность LOFAR позволяет астрономам видеть разреженные облака электронов, а не только самые яркие части струй. «Природа этого удалённого источника затрудняет его обнаружение на более высоких радиочастотах, демонстрируя мощь LOFAR и его взаимодействие с другими инструментами», — добавил Свейен. Без LOFAR полная протяжённость J1601+3102 могла бы остаться невидимой, скрытая яркостью космического микроволнового фона, оставшегося после Большого взрыва.
Мультиспектральные наблюдения рисуют полную картину
Хотя LOFAR обеспечил первоначальное обнаружение, для получения полного представления о J1601+3102 потребовался набор других инструментов. Исследователи включили инфракрасные наблюдения с помощью телескопа Gemini North на Гавайях и оптическую спектроскопию с помощью телескопа Хобби-Эберли в Техасе. Они помогли подтвердить расстояние до квазара и его смещённые эмиссионные линии магния, указывающие на движение галактики и динамику вещества, падающего в чёрную дыру.
«Этот объект показывает, что мы можем обнаружить, объединив возможности нескольких телескопов, работающих на разных длинах волн», — отметила Глудеманс. Каждый слой наблюдений выявил разные аспекты: от структуры струи до свойств галактики-хозяина и среды, в которой струя движется.
Интересно, что южный лепесток струи выглядит усечённым, вероятно, из-за взаимодействия с газовыми облаками или близлежащими гало, в то время как северный лепесток свободно простирается в межгалактическое пространство. Эти асимметрии дают ключ к пониманию того, как формировались ранние галактики и как они взаимодействовали со своим окружением.