Международная команда астрономов представила крупнейший набор данных о сверхмассивных черных дырах. Выпуск DR20 проекта SDSS-V охватывает все небо и включает более 3,3 миллиона оптических спектров.
Каталог объединил наблюдения телескопов в Чили и Нью-Мексико с рентгеновскими данными обсерватории eROSITA. Впервые астрономы получили полную картину распределения активных галактических ядер на всем небе.
Главные мысли за 1 минуту
- В новый выпуск DR20 вошло более 3,3 миллиона оптических спектров, в том числе 500 тысяч галактик и 1,5 миллиона звезд.
- Программа SPIDERS определила природу около 200 тысяч рентгеновских источников, большинство из которых — активные сверхмассивные черные дыры.
- Наблюдения показали, что в ранней Вселенной ярких квазаров было значительно больше, чем предсказывали модели.
- По оценкам авторов, от 70 до 90% всего роста сверхмассивных черных дыр происходило в скрытом состоянии, за плотными облаками газа и пыли.
- С помощью методов реверберационного картирования астрономы напрямую измерили массы черных дыр для многих квазаров.
Обзор SDSS-V и телескопы, которые его создали
В рамках пятого поколения обзора неба SDSS-V астрономы подготовили выпуск данных DR20. Одним из ключевых проектов стала программа Black Hole Mapper, предназначенная для изучения сверхмассивных черных дыр, активно поглощающих вещество. Именно такие объекты лежат в основе активных ядер галактик и квазаров — самых ярких постоянных источников излучения во Вселенной.
Впервые в состав обзора вошли оптические спектры, полученные телескопом BOSS в Южном полушарии на обсерватории Лас-Кампанас в Чили. Они дополнили наблюдения, выполненные в обсерватории Апачи-Пойнт в Нью-Мексико. В общей сложности DR20 включает более 3,3 миллиона оптических спектров, охватывающих около 500 тысяч галактик и 1,5 миллиона звезд. Это один из самых масштабных выпусков в истории проекта.
Рентгеновская карта: как нашли 200 тысяч черных дыр
Одним из главных достижений стала программа SPIDERS, которая объединила оптические спектры SDSS с рентгеновскими картами неба, полученными космической обсерваторией eROSITA. Благодаря этому астрономы смогли определить природу и расстояния примерно до 200 тысяч рентгеновских источников. Создан самый крупный и однородный спектроскопический каталог подобных объектов.
Хотя среди этих источников присутствуют скопления галактик и двойные звездные системы, большинство из них оказалось активными сверхмассивными черными дырами. Рентгеновское излучение позволяет заглянуть практически в самый центр таких объектов и исследовать горячую корону вещества, окружающую черную дыру.
Ранняя Вселенная: неожиданно много ярких квазаров
Используя новый массив наблюдений, исследователи построили наиболее точную на сегодняшний день функцию рентгеновской светимости сверхмассивных черных дыр. Она показывает, сколько подобных объектов существовало в различные эпохи истории Вселенной и насколько активно они росли.
Полученные результаты свидетельствуют, что в ранней Вселенной чрезвычайно яркие квазары встречались значительно чаще, чем предполагали предыдущие модели. Гигантские черные дыры росли очень быстро уже в первые миллиарды лет после Большого взрыва.
Скрытый рост черных дыр
Новый обзор выявил большое количество ранее скрытых сверхмассивных черных дыр. Обычные обзоры в видимом и ультрафиолетовом диапазонах не способны обнаружить значительную часть таких объектов, особенно если они обладают сравнительно невысокой светимостью или находятся на очень больших расстояниях.
Дополнительный анализ показал, что сверхмассивные черные дыры, обнаруживаемые по мягкому рентгеновскому излучению, составляют лишь небольшую часть общей массы подобных объектов в современной Вселенной. По оценкам авторов исследования, от 70 до 90% всего роста сверхмассивных черных дыр происходило за плотными облаками газа и пыли либо в состояниях, когда даже рентгеновское излучение было сильно ослаблено.
Точные массы: методы реверберационного картирования
Ученые также использовали особенности переменности квазаров для изучения внутренних областей вокруг черных дыр. Поскольку сами черные дыры слишком малы и удалены для прямого наблюдения, исследователи анализировали изменения их яркости на протяжении длительного времени.
В рамках программы Reverberation Mapping астрономы многократно получали спектры одних и тех же квазаров в течение нескольких дней, месяцев и лет. Измеряя задержку между изменениями излучения аккреционного диска и окружающей области, испускающей широкие спектральные линии, исследователи смогли напрямую определить массы сверхмассивных черных дыр для объектов на различных расстояниях.
Параллельно программа All-Quasar Multi-Epoch Spectroscopy регулярно наблюдала десятки тысяч квазаров, отслеживая изменения потоков вещества, признаки выбросов газа, возможные двойные системы сверхмассивных черных дыр и редкие «меняющие облик» квазары, которые способны резко изменять свои свойства.
Некоторые полученные спектры оказались настолько необычными, что автоматические алгоритмы обработки не смогли корректно их классифицировать. Специалистам пришлось вручную анализировать эти объекты, результаты также вошли в опубликованный выпуск данных.
Открытые данные и перспективы
Еще одним важным достижением SDSS-V стала модернизация наблюдательной инфраструктуры. На 2,5-метровом телескопе Sloan Foundation в обсерватории Апачи-Пойнт и 2,5-метровом телескопе имени Ирэнэ дю Пона в обсерватории Лас-Кампанас были установлены роботизированные системы позиционирования оптических волокон. Они автоматически наводят спектрографы на сотни объектов одновременно, что значительно увеличило скорость наблюдений и позволило оперативно реагировать на новые астрономические события.
По традиции проекта Sloan Digital Sky Survey все материалы DR20 опубликованы в открытом доступе. Исследователи, преподаватели и все желающие могут бесплатно получить доступ к спектрам, каталогам, сопутствующим данным eROSITA и готовым инструментам анализа через специализированные интернет-сервисы проекта.
Авторы работы отмечают, что объединение оптических наблюдений SDSS и рентгеновских данных eROSITA открывает новые возможности для изучения эволюции сверхмассивных черных дыр и позволяет значительно точнее проследить историю их роста на протяжении почти всей истории существования Вселенной.
