Телескоп ART-XC им. М.Н. Павлинского снял покров с мощного квазара

При аккреции вещества на сверхмассивную черную дыру в центрах галактик выделяется огромное количество энергии во всех диапазонах длин волн, от радио- до гамма-лучей. Такие объекты называют активными ядрами галактик (АЯГ). Наиболее мощные из них — квазары — могут наблюдаться с огромных расстояний, соответствующих разным эпохам в жизни Вселенной. Соответственно, наблюдая их на разных расстояниях, можно делать выводы о том, как эти объекты росли по мере эволюции самой Вселенной.

Основной период активности квазаров пришелся на первые три миллиарда лет после Большого взрыва, и именно тогда выросли самые массивные (несколько миллиардов масс Солнца) черные дыры. В последующие десять миллиардов лет количество квазаров монотонно снижалось, указывая на то, что самые большие черные дыры перестали активно набирать массу. В современную эпоху мы в основном встречаем сравнительно маломощные АЯГ, в которых продолжается аккреция вещества на относительно небольшие черные дыры — от миллиона до сотен миллионов масс Солнца.

Квазары на больших красных смещениях (z~6 и больше), естественно, вызывают наибольший интерес, так как позволяют нам узнать, что происходило в первый миллиард лет жизни Вселенной. Однако такие объекты невозможно исследовать подробно из-за слишком малого количества фотонов, которые добираются до телескопов с огромных расстояний. Поэтому очень важно искать и исследовать подобные объекты на меньших расстояниях от нас, ведь по своим физическим свойствам далекие и близкие квазары должны быть похожи друг на друга.

Важную роль в поиске мощных квазаров в сравнительно близкой, по космологическим меркам, Вселенной играют обзоры всего неба в жестком рентгеновском диапазоне. Дело в том, что большинство АЯГ во Вселенной относятся к так называемому второму типу. В таких объектах центральный источник (черная дыра с аккреционным диском) закрыт от нас «тором» из холодного газа и пыли. В нем поглощается практически все оптическое, ультрафиолетовое и мягкое рентгеновское излучение аккреционного диска, однако жесткие рентгеновские лучи, производимые в горячей короне диска, проходит сквозь тор к наблюдателю.

В 2020 г., уже в самом начале обзора всего неба телескоп ART-XC им. М.Н. Павлинского на борту обсерватории «Спектр-РГ» обнаружил ранее неизвестный источник SRGA J230631.0+155633 (сокращенно SRGA J2306+1556), который сразу привлек внимание ученых. Дело в том, что в этом же месте на небе находится объект, известный из каталога оптического обзора SDSS, который по оптическому спектру можно классифицировать как АЯГ второго типа на красном смещении z=0.4389. Это соответствует возрасту Вселенной около 9 миллиардов лет. В сочетании с измеренным телескопом ART-XC потоком фотонов это означает, что рентгеновская светимость объекта составляет порядка 5 на 10⁴⁵ эрг в секунду, что необычайно много для АЯГ в близкой Вселенной.

Чтобы лучше понять, что это за объект, в июне 2023 г. были организованы его наблюдения с помощью телескопа ART-XC в режиме трехосной стабилизации аппарата СРГ. Они продлились почти сутки — для сравнения, во время обзора всего неба его наблюдали во время нескольких «проходов» по 20 секунд каждый. Кроме того, по заявке старшего научного сотрудника ИКИ РАН Ильи Мереминского были проведены еще и наблюдения SRGA J2306+1556 в более мягком рентгеновском диапазоне на телескопе XRT обсерватории Swift им. Нила Джерельса (NASA).

Оказалось также, что SRGA J2306+1556 уже давно известен как радиоисточник. Впервые он был зарегистрирован в радиодиапазоне еще в начале 1960-х гг. в четвертом Кембриджском обзоре неба. Изображения, полученные в ходе обзоров неба современными радиотелескопами, такими как VLA (США), GMRT (Индия), ASKAP (Австралия), показывают протяженную структуру объекта с двумя гигантскими «радиоушами» на расстоянии около 3 миллионов световых лет друг от друга (в проекции на небо) и центральным ядром. «Уши» — это огромные светящиеся в радиодиапазоне облака плазмы, накачанные струями вещества из центральной области объекта.

Обобщая все имеющиеся факты, ученые пришли к выводу, что SRGA J2306+1556 является очень мощным «радиогромким» квазаром. Массу центральной черной дыры в этом объекте можно оценить в 1.4 миллиарда масс Солнца на основе корреляции с массой родительской галактики, которая хорошо видна на оптических изображениях.

Открытие SRGA J2306+1556 стало возможным благодаря уникальному сочетанию характеристик обзора всего неба телескопа ART-XC им М.Н. Павлинского, а именно широкого покрытия, высокой чувствительности и жесткого диапазона энергий. Обзор неба продолжается и дает ученым надежду открыть новые интересные квазары.

***

Космический аппарат «Спектр-РГ», разработанный в АО «НПО Лавочкина» (входит в Госкорпорацию «Роскосмос»), был запущен 13 июля 2019 г. с космодрома Байконур. Он создан с участием Германии в рамках Федеральной космической программы России по заказу Российской академии наук. Обсерватория оснащена двумя уникальными рентгеновскими зеркальными телескопами: ART-XC им. М.Н. Павлинского (ИКИ РАН, Россия) и eROSITA (MPE, Германия), работающими по принципу рентгеновской оптики косого падения. Телескопы установлены на космической платформе «Навигатор» (НПО Лавочкина, Россия), адаптированной под задачи проекта. Основная цель миссии — построение карты всего неба в мягком (0.3–8 кэВ) и жестком (4–20 кэВ) диапазонах рентгеновского спектра с беспрецедентной чувствительностью. Научный руководитель орбитальной рентгеновской обсерватории «Спектр-РГ» академик Рашид Сюняев.