Астрономы КФУ открыли двадцать сверхмассивных черных дыр

Они находятся на расстоянии 8-12 миллиардов световых лет от Земли.

Группа ученых кафедры астрономии и космической геодезии Института физики Казанского федерального университета при оптическом отождествлении космических объектов, обнаруживаемых орбитальной рентгеновской обсерваторией «Спектр-РГ», открыла двадцать новых квазаров.

Результаты исследований первой группы из 9 объектов представлены в российском издании «Письма в Астрономический журнал», английский перевод этой статьи размещен сайте издательства Springer. Готова к публикации еще одна статья астрономов КФУ, она посвящена исследованию второй группы, насчитывающей 12 далеких квазаров.

Космический аппарат «Спектр-РГ» был запущен 13 июля 2019 года в точку Лагранжа L2, которая находится на расстоянии около 1,5 миллионов километров от Земли. Созданная с участием Германии в рамках Федеральной космической программы России по заказу РАН, обсерватория оснащена двумя уникальными рентгеновскими зеркальными телескопами: российским ART-XC и германским –eROSITA, работающими по принципу рентгеновской оптики косого падения. Главной целью проекта (руководитель – академик РАН, почетный профессор Казанского университета Рашид Сюняев), который реализует Институт космических исследований РАН в сотрудничестве с Роскосмосом и Немецким космическим агентством, является построение самой точной в мире карты Вселенной в рентгеновском диапазоне длин волн.

Как рассказал первый автор публикации, профессор кафедры астрономии и космической геодезии, член-корреспондент Академии наук РТ Ильфан Бикмаев, построенная в ИКИ РАН в результате двух сканов небесной сферы (всего их будет восемь) карта Вселенной содержит около миллиона рентгеновских источников, что примерно в два раза больше, чем было открыто за все время существования рентгеновской астрономии всеми спутниками мира.

«Три четверти этих источников являются квазарами и галактиками с активными ядрами (это сверхмассивные черные дыры с массами 10-100 миллионов солнечных масс). В число оставшихся 250 тысяч источников входят скопления галактик, тесные двойные системы в нашей Галактике, близкие к Солнцу звезды с магнитной и хромосферной активностью, – говорит Ильфан Фяритович. – К сожалению, только по рентгеновским наблюдениям спутника “Спектр-РГ” невозможно установить астрофизическую природу вновь обнаруживаемых источников и их классифицировать. Для решения задачи оптической идентификации и классификации источников привлекаются как размещенные в сети Интернет электронные архивы оптических и инфракрасных телескопов мира, так и действующие наземные оптические телескопы. Сотрудниками ИКИ РАН создана компьютерная программа SRGz, работающая с большими базами данных (Big Data) по принципу нейронной сети. Она позволяет из миллиона рентгеновских источников СРГ отобрать сотню нужных, наиболее интересных объектов – кандидатов в далекие квазары. Однако достоверность их реальной принадлежности к квазарам необходимо проверять с помощью  наземных оптических телескопов. В этих исследованиях и задействован телескоп КФУ РТТ-150, установленный в горах Турции. На нем нами были выполнены (впервые в истории казанской астрономии) спектроскопические  наблюдения двадцати далеких квазаров на красных смещениях z = 2.5-4.5 (расстояния 10 -12 миллиардов световых лет), обнаруженных в рентгеновском диапазоне орбитальной обсерваторией “Спектр-РГ” в 2020 году. Отрадно отметить, что  в этом исследовании принимают участие молодые научные сотрудники КФУ: Эльдар ИртугановЕвгения НиколаеваАлександр СкляновМаксим Глушков».

В космологии принято указывать расстояния до объектов в шкале их красных смещений. Это безразмерная величина, которая определяется отношением величины смещения какой-либо спектральной линии в спектре наблюдаемого объекта к длине волны этой линии в спектре неподвижного относительно наблюдателя источника излучения.

Квазарами называют сверхмассивные черные дыры с массой до 1 миллиарда солнечных масс в центрах молодых галактик в ранней Вселенной. Благодаря высокому темпу аккреции (приращение массы небесного тела путем гравитационного притяжения материи, обычно газа, на него из окружающего пространства) они излучают колоссальное количество энергии и поэтому могут быть обнаружены на космологических расстояниях 8-12 миллиардов световых лет.

Астроном сообщил, что в оптических спектрах квазаров, полученных на РТТ-150,  детектируются линии водорода Лайман-альфа (1216 Ангстрем),  углерода C IV (1549 Ангстрем) и других химических элементов, которые формируются  в ультрафиолетовом диапазоне , но регистрируются в оптическом диапазоне спектра из-за физического эффекта Доплера и расширения Вселенной с большими скоростями на больших красных смещениях.

«Близкие квазары на малых красных смещениях (z = 1-2) ранее были обнаружены в большом количестве (40000-50000) по массовым фотометрическим и спектроскопическим наблюдениям на различных обзорных телескопах мира. Однако количество наиболее далеких квазаров на красных смещениях z = 3-5 оказывается существенно меньшим (100-1000). Причина может быть обусловлена как селективностью наблюдений (далекие квазары являются слабыми источниками на небе, и их трудно обнаружить), так и физическими причинами – их было мало на ранних этапах эволюции Вселенной», – пояснил профессор важность открытия.

Ученый подчеркнул, что обсерватория «Спектр-РГ», благодаря высокой рентгеновской чувствительности, обладает колоссальным потенциалом по обнаружению кандидатов в квазары на больших расстояниях.

«Мы давно мечтали о том, что когда-нибудь, находясь в Казани, на расстоянии 2,5 тысяч километров от телескопа РТТ-150, мы сможем выполнять на нем наблюдения дистанционно. В апреле 2020 года мечта осуществилась – в здании кафедры были организованы пульты дистанционных наблюдений. Конечно, отчасти это было связано с ограничениями по международным командировкам в 2020 году, но несмотря на эти ограничения нам удалось продолжать наблюдения РТТ-150 в квоте времени КФУ. Двадцать далеких квазаров стали первыми объектами, которые были открыты нами при дистанционных наблюдениях из Казани, из КФУ», – сказал в заключение Ильфан Бикмаев.

Источник