Самый мощный квазар потребовал массивного зародыша черной дыры
Астрономы уточнили характеристики J2157-3602 — ультрамощного квазара с самой большой светимостью из известных. Он существовал во времена, когда возраст Вселенной составлял 1,247 миллиарда лет, и содержал черную дыру с массой 34 миллиарда масс Солнца. Такая черная дыра требует достаточно массивного зародыша, поэтому новые данные позволяют наложить ограничение на массы начальных черных дыр и скорости их роста.Препринт работы опубликован на портале arXiv.org.
В 2018 году, благодаря анализу данных наземного обзора SMSS (SkyMapper Southern Survey), а также космических обсерваторий WISE и Gaia, астрономы открыли ультрамощный квазар SMSS J215728.21-360215.1 (или J2157-3602). На момент открытия он обладал самой большой светимостью среди известных квазаров, которая составляла 6,95×1014 светимостей Солнца. Поиск и определение свойств подобных экстремальных объектов крайне важны для понимания механизма роста сверхмассивных черных дыр в ранней Вселенной и ведутся непрерывно благодаря огромному количеству данных, накопленных в ходе наземных обзоров неба.
Чтобы уточнить расстояние до квазара и его параметры, астрономы во главе с Кристофером Онкеном (Christopher A. Onken) из Австралийского национального университета провели его спектроскопические исследования с помощью инструмента NIRES (Near-Infrared Echellette Spectrometer), установленного на одном из 10-метровых телескопов обсерватории Кека, и приемника X-shooter, установленного на одном из телескопов комплекса VLT (Very Large Telescope). Кроме того, ученые проанализировали изображения квазара, полученные в ближнем инфракрасном диапазоне приемником FIRE (Folded-port InfraRed Echellette instrument), установленном на одном из 6,5-метровых Магеллановых телескопов, и оптические снимки из обзора BLISS (Blanco Imaging of the Southern Sky Survey).
Оказалось, что заново определенное значение красного смещения для квазара, равное 4,692, соответствует возрасту Вселенной в 1,247 миллиарда лет. Предыдущее значение z составило 4,75: таким образом, квазар оказался «старше» на 20 миллионов лет. Масса центральной черной дыры, определенная методом реверберационного картирования, составила 34 ± 6 миллиардов масс Солнца, что делает ее одной из самых массивных из известных на сегодняшний день.
Новая оценка болометрической светимости J2157-3602 равна 1,6×1048 эрг в секунду, что составляет 40 процентов от предельной (эддингтоновской), при этом нет свидетельств в пользу возможного сильного гравитационного линзирования квазара, а также оснований полагать, что его светимость (и, следовательно, масса черной дыры) переоценены. Таким образом, J2157-3602 действительно является квазаром с наибольшей светимостью из известных на сегодняшний день.
Необычность этого квазара заключается в том, что содержащаяся в нем черная дыра на столь далеком расстоянии требует достаточно массивного зародыша: это, в свою очередь, позволяет наложить самое сильное ограничение на массы начальных черных дыр и скорости их роста в ранней Вселенной. Менее массивные черные дыры, обнаруженные при z > 7, все еще устанавливают более строгие ограничения и идут вразрез с моделями. Ученые, однако, считают, что получение и накопление большого количества данных наблюдений за квазарами позволят достичь прогресса в понимании ранних этапов роста сверхмассивных черных дыр.
Ранее мы рассказывали о том, как астрономы обнаружили самый высокоскоростной отток вещества от квазара, где был найден рекордно далекий блазар и как ученые впервые идентифицировали источник нейтрино сверхвысоких энергий.
Александр Войтюк
Для скалярной константы связи удалось уточнить предел почти на порядок
Физики из Великобритании получили наиболее жесткие на сегодняшний день ограничения на параметры ультралегкой темной материи. Для этого они использовали данные атомных часов и новый модельно-независимый подход к изучению вариаций во времени этих параметров и других фундаментальных констант. Работа опубликована в журнале New Journal of Physics. По современным представлениям темной материи во Вселенной примерно в пять раз больше обычного вещества. Она не участвует в электромагнитных взаимодействиях и поэтому недоступна прямому наблюдению. Наиболее вероятные кандидаты на роль темной материи — вимпы — до сих пор экспериментально не обнаружены. Поэтому ученые рассматривают и другие теории о составе темной материи: от сверхлегких частиц, например, аксионов, до первичных черных дыр. Ранее ученые уже использовали данные атомных часов для ограничения параметров ультралегкой темной материи с массой менее 10-16 электронвольт. На этот раз физики Натаниель Шерилл (Nathaniel Sherrill) и Адам О Парсонс (Adam O Parsons) с коллегами из университета Сассекса и Национальной физической лаборатории в Теддингтоне предложили новый модельно-независимый подход к изучению временных вариаций фундаментальных констант при анализе данных атомных часов. При этом количество свободных параметров увеличилось, что по мнению ученых позволит тестировать различные модели и их константы связи. Чтобы проверить новый подход в действии, физики использовали три типа атомных часов: на основе атомов стронция Sr в решетчатой ловушке, на основе ионов иттербия Yb+ в ловушке Пауля и атомные часы на цезиевом фонтане Cs. Частоты всех часов измерялись относительно водородного мазера, после чего рассчитывались отношения частот Yb+/Sr, Yb+/Cs и Sr/Cs. Это позволило исключить возможные ошибки, связанные с нестабильностью работы мазера из-за изменения параметров окружающей среды. Генерируемые частоты во всех часах зависят от соотношений постоянной тонкой структуры и массы электрона. Поэтому из взаимных измерений частот трех часов можно получить колебания со временем этих констант. Особенностью эксперимента стала независимость измерений от предполагаемой функциональной зависимости констант от времени. Поэтому полученные ограничения могут быть использованы при рассмотрении любых гипотетических моделей. В частности, ученые получили ограничения на константы связи гипотетических частиц темной материи в области масс от 10-20 до 10-17 электронвольт. Для скалярной константы связи dγ(1) физикам удалось исключить новую область параметров, усилив предыдущий предел примерно на порядок. Ученые до сих пор не могут определить параметры темной материи, хотя и видят ее проявления в различных процессах. Чтобы лучше разобраться, какие на сегодняшний день существуют модели, описывающие темную материю, пройдите наш тест.