Космический телескоп Европейского космического агентства (ЕКА) «Евклид» обнаружил 31 древний квазар, два из которых стали самыми ранними из известных науке. Эти яркие ядра галактик, которые питают сверхмассивные чёрные дыры, излучали столько же света, сколько триллион Солнц, уже в первые 670 млн лет после Большого взрыва – когда возраст Вселенной составлял около 5% от нынешнего.
Квазары относятся к самым ярким объектам в космосе. Они вспыхивают на сравнительно коротком этапе эволюции галактики, когда огромные массы газа и другого вещества по спирали падают на её центральную сверхмассивную чёрную дыру. При этом выделяется столько энергии, что ядро галактики светит в сотни или даже тысячи раз ярче всей остальной галактики. Астрономы десятилетиями ищут такие объекты в ранней Вселенной, чтобы выяснить, как появились первые галактики и гигантские чёрные дыры. Находить их крайне сложно: в ту эпоху лишь немногие галактики успели вырасти до нужных размеров, свет от них доходит до Земли предельно слабым, а на снимках далёкие источники легко спутать со звёздами, которые расположены гораздо ближе.
Телескоп «Евклид», запущенный в 2023 году, коренным образом меняет эти поиски. Он осматривает огромные участки неба и улавливает тусклый свет, благодаря чему уже собрал коллекцию из 31 квазара ранней Вселенной. Раньше учёные находили в основном единичные сверхъяркие объекты той эпохи, которые легче заметить, но по такой узкой выборке трудно судить о популяции в целом. Новый аппарат выявляет и куда более слабые квазары. «Эти древние квазары относятся к младенчеству Вселенной. Находя и изучая их, мы сможем лучше понять, как столь огромные системы сформировались и выросли так быстро – это одна из главных загадок астрофизики», – отметил ведущий автор исследования Дамин Ян из Лейденского университета в Нидерландах.
У 12 из 31 открытого квазара красное смещение равно 7 или превышает это значение. Красное смещение показывает, насколько сильно растянулся свет по мере того, как Вселенная расширялась, и помогает определить расстояние до объекта и его возраст. Показатель от 7 и выше означает, что квазар уже светил в первые 770 млн лет после Большого взрыва. Два объекта побили прежние рекорды дальности: у EUCL J172902.75+641018.1 красное смещение составило 7,77, а у EUCL J125308.55+705432.3 – 7,69. Оба расположены чуть дальше 13 млрд световых лет от Земли и уже были активны, когда Вселенной было не больше 670 млн лет. Предыдущий рекорд принадлежал квазару с красным смещением 7,64, который открыли в 2021 году.
Новые находки более чем вдвое увеличили число известных квазаров столь ранней эпохи, подчеркнул научный сотрудник ЕКА Антонио Ла Марка, входящий в команду проекта. Чтобы обнаружить первые десять квазаров с красным смещением от 7 и выше, астрономам раньше потребовалось больше десяти лет, тогда как «Евклид» превзошёл этот результат всего за один год. По словам Ла Марки, учёные впервые провели настоящую перепись квазаров на заре Вселенной и приблизились к пониманию их природы на фундаментальном уровне.
Второй по древности квазар из этого списка уже подробнее изучила группа Сильвии Белладитты. Наблюдения показали, что он находится в галактике с большими запасами газа и пыли, где стремительно рождаются новые звёзды. Это позволяет увидеть среду вокруг молодой сверхмассивной чёрной дыры и понять, как первые крупные галактики развивались вместе со своими центральными чёрными дырами. Кроме того, эти объекты относятся к эпохе реионизации – переломному периоду, когда Вселенная выходила из так называемых тёмных веков, а всё более мощное излучение нагревало и ионизировало окружающий газ, формируя современный облик космоса. Научный руководитель проекта «Евклид» в ЕКА Валерия Петторино назвала древние квазары «машинами времени», которые помогают узнать, как появилось первое поколение галактик.
Все 31 квазар учёные выявили по данным обзора Euclid Wide Survey, который со временем охватит больше трети всего неба. Высокую эффективность аппарату придают широкое поле зрения, высокая чёткость снимков и инфракрасные приборы, работающие в космосе. Обрабатывать огромные массивы данных помогают тысячи учёных и инженеров из консорциума «Евклид», отбирая редкие далёкие объекты, чтобы затем изучать их с наземных телескопов. Хотя главная задача миссии – исследовать тёмную Вселенную и миллиарды галактик, параллельно аппарат помогает ответить на один из ключевых вопросов астрофизики: как сверхмассивные чёрные дыры смогли набрать гигантскую массу за столь короткий срок после Большого взрыва.
