Международная группа астрономов сообщила об открытии первого квазара, у которого красное смещение спектральных линий больше семи. Квазар ULAS J112001.48+064124.3 был найден 3 сентября 2010 г. с помощью телескопа UKIRT (United Kingdom Infrared Telescope), установленного на вершине потухшего гавайского вулкана Мауна-Кеа. Анализ спектрограммы излучения квазара, полученной 27 ноября с помощью спектрографа соседнего телескопа Gemini North, позволил определить величину красного смещения, которая оказалась равной 7,085 [1].
Новое открытие ставит перед астрономами немало проблем. До сих пор самым далеким квазаром считался CFHQSJ0210-0456 с красным смещением z = 6,438, о котором было объявлено летом прошлого года. Излучение новооткрытого квазара, чья полная светимость в 63 трлн раз превысила светимость Солнца, было испущено спустя 770 млн лет после Большого взрыва — это примерно на 110 млн лет раньше, нежели излучение CFHQSJ0210-0456. Оно генерировалось благодаря аккреции космического газа на исполинскую черную дыру, чья масса в 2 млрд раз превышала массу Солнца. До сих пор астрономам удавалось регистрировать аккрецирующие черные дыры с массой такого же порядка только при наблюдениях квазаров, действовавших не ранее чем спустя 900 млн лет после Большого взрыва (для сравнения: масса черной дыры квазара CFHQSJ0210-0456 не превышает 85 млн солнечных масс). Основной вопрос состоит в том, каким образом могла возникнуть черная дыра в 2 млрд солнечных масс в существенно более раннюю эпоху.
Черные дыры растут благодаря аккреции (выпадению) на них окружающего газа, захвату звезд и слиянию с другими черными дырами. Принято считать, что в ранней Вселенной типичная аккрецирующая черная дыра могла удвоить свою массу в среднем за 50 млн лет и во всяком случае таких удвоений не могло быть более 15 за 770 млн лет. По всей видимости, черные дыры того времени чаще всего возникали в результате гибели крайне недолговечных горячих звезд первого поколения, из-за чего их начальные массы составляли десятки или сотни масс Солнца. Отсюда следует, что с помощью нормальной аккреции черная дыра за это время при самых благоприятных обстоятельствах могла дорасти максимум до миллиона солнечных масс.
Однако есть и другие возможности. Согласно ряду моделей, «заготовками» некоторых черных дыр служили сгустки космического газа, которые существовали еще до появления звезд и галактик. Такие сгустки могли испытывать гравитационный коллапс, приводивший к рождению черных дыр, чьи массы доходили до миллиона солнечных масс. Наконец, не исключено, что в юной Вселенной вспыхивали суперзвезды в миллион раз тяжелее Солнца, которые оставляли после себя черные дыры примерно такой же массы. К тому времени, когда возраст Вселенной достиг 770 млн лет, такие дыры-зародыши были в состоянии набрать пару миллиардов солнечных масс только за счет обычной аккреции. Прочие сценарии предполагают аномальную аккрецию особо высокой интенсивности и/или множественные слияния с другими черными дырами. Как бы то ни было, масса квазара ULAS J112001.48+064124.3 требует объяснений. Потребность в них еще более возрастет, если будут обнаружены новые черные дыры такого же или меньшего возраста с массами того же порядка.
Алексей Левин
1. Daniel J. Mortlock et al, A luminous quasar at a redshift z = 7,085, Nature, 474, 816-619 (30 June 2011). Статью можно прочесть на сайте электронных препринтов http://arxiv.org/abs/1106.6088