Астрономи виявили найвіддаленішу, а отже й найдавнішу з відомих тісних пар квазарів. Об'єкт J1602+4228AB, якому дали гавайську назву Nāpōwawāʻenakaulua, ми бачимо таким, яким він був через 900 мільйонів років після Великого вибуху. Це епоха, яку називають космічним світанком.

Відкриття зробила міжнародна команда на чолі з Сільвією Онорато, постдокторською дослідницею NSF NOIRLab. Дані отримали космічний телескоп James Webb (JWST) і телескоп Gemini North на згаслому вулкані Маунакеа на Гаваях. Результати опубліковано в рецензованому журналі The Astrophysical Journal Letters.

Що таке квазарна пара

Квазар — це надмасивна чорна діра в центрі галактики, яка активно поглинає речовину. Частина маси, що падає на неї, перетворюється на енергію. Через це діра світить яскравіше за всі зорі своєї галактики разом узяті.

У ранньому Всесвіті галактики часто взаємодіяли, стикалися й зливалися. Під час таких подій центральні чорні діри отримували багато газу і зір. Тому астрономи очікують знайти чимало пар квазарів, відстань між якими менша за типовий розмір галактики.

Знайти їх складно з трьох причин. Квазарна фаза чорної діри відносно коротка. Об'єкти дуже далекі, тому слабкі, і наземним телескопам їх важко виявити. А на таких малих відстанях окремі члени пари важко розрізнити.

Як знайшли пару

Об'єкт виявили в даних огляду Aether. Цю програму JWST очолює Емануеле Паоло Фаріна з NSF NOIRLab/Gemini, а її мета — скласти перепис об'єктів раннього Всесвіту. Із приладом NIRSpec IFU (інтегрально-польовий спектрограф у ближньому інфрачервоному діапазоні) зібрали вибірку з 200 квазарів. Це 43% усіх відомих квазарів тієї епохи.

Під час візуального перегляду даних команда помітила, що в квазара J1602+4228A є компаньйон. Далі до роботи взявся спектрограф GNIRS на Gemini North, який розділив два квазари як окремі джерела. Компонент B дуже тьмяний і розташований впритул до A, тож спостерігати його з Землі мало бути майже неможливо. Проте вдале планування й ідеальна погода на Маунакеа дозволили зібрати дані лише за дві ночі.

Небо над Маунакеа було таким чистим і різким, що ми зібрали дані лише за дві ночі.Сільвія Онорато, NSF NOIRLab

Що тут нового

Nāpōwawāʻenakaulua — лише третя відома квазарна пара часів космічного світанку. Водночас це найтісніша пара серед знайдених у цю епоху. Відстань між компонентами — близько 18 100 світлових років, приблизно п'ята частина діаметра Чумацького Шляху.

Маси чорних дір становлять 1,5 мільярда і 400 мільйонів мас Сонця. Для Всесвіту віком 900 мільйонів років це дуже багато. Перші зорі, галактики та чорні діри тоді були ще порівняно молодими.

За словами Онорато, Всесвіт тоді мав лише одну тринадцяту нинішнього віку. Проте його надмасивні чорні діри такі самі масивні, як і ті, що ми бачимо сьогодні. Остаточного теоретичного пояснення, як могли вирости навіть один такий квазар, а тим паче два, немає. Тож об'єкт ставить під сумнів сучасні уявлення про формування великомасштабних структур.

Наскільки впевнені в результаті

Головне застереження стосується гравітаційного лінзування. Лінза — це масивний об'єкт перед джерелом світла, який спотворює його і може створити хибне враження другого, слабшого джерела. Щоб перевірити цю можливість, команда використала спектрограф GMOS на Gemini North.

Форми спектрів двох квазарів відрізняються. Тому дослідники схиляються до того, що це справжня фізична пара. Проте остаточно виключити лінзування можна лише за допомогою моделі лінзи, а її ще потрібно побудувати.

Повної історії походження пари теж немає. Команда припускає, що така пара може вказувати на екстремальний пік густини матерії в ранньому Всесвіті. У такому місці галактичні взаємодії одночасно живили зореутворення і швидке зростання чорних дір.

Що означає назва

Назву створила програма A Hua He Inoa при Центрі астрономії ʻImiloa на Гаваях та Коледжі гавайської мови Університету Гаваїв. Автор назви — професор Ларрі Кімура. Вона перекладається як «Два небесні тіла непроглядної потужної темряви в сяйві жару, що знову вливає енергію у Всесвіт».

Назва складається з кількох частин. Pō означає непроглядну темряву, тобто чорні діри. ʻEna — сяйво жару від речовини, що падає на діри. Kaulua — пару. Крім того, вона перегукується з двома раніше названими об'єктами: Pōwehi, першим зображенням чорної діри 2019 року, і Pōniuāʻena, найвіддаленішим на той час квазаром, відкритим 2020 року.

Що далі

За словами Онорато, Nāpōwawāʻenakaulua — це лабораторія, де можна вивчати, як перші масивні галактики та їхні центральні чорні діри формувалися разом через прямі взаємодії галактик. Наступним кроком, імовірно, буде модель лінзування, яка підтвердить або спростує фізичну природу пари.