Международная команда астрономов представила результаты нового исследования, которые могут пересмотреть один из фундаментальных законов астрофизики, связанных с квазарами — самыми яркими объектами во Вселенной. Эти данные ставят под сомнение давно принятую модель, согласно которой связь между рентгеновским и ультрафиолетовым излучением у квазаров оставалась неизменной на протяжении всей космической истории.
Что такое квазары и почему они важны
Квазары — это активные галактические ядра, находящиеся в центрах далеких галактик и питаемые сверхмассивными чёрными дырами. Газ и пыль падают в чёрную дыру, образуя вращающийся аккреционный диск, который разогревается до экстремально высоких температур и испускает огромные объёмы излучения. Яркость квазаров может быть в сотни и даже тысячи раз больше, чем суммарная яркость всех звёзд в галактике-хозяине, благодаря излучению в ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах.
Ультрафиолетовое излучение в аккреционном диске считается исходным источником для более высокоэнергетических рентгеновских лучей. Последние возникают в так называемой короне — области высокоэнергетичных частиц, находящейся близко к чёрной дыре. Взаимодействие ультрафиолетовых фотонов с короной приводит к их “усытнению” до рентгеновских энергий, что позволяет регистрировать квазары в различных диапазонах.
Классическая связь между излучениями
Начиная с 1970-х годов установлена устойчивая связь между интенсивностью ультрафиолетового и рентгеновского излучения у квазаров: более яркое ультрафиолетовое излучение, как правило, сопровождается более сильным рентгеновским. Эта корреляция служила основой для понимания физики ближнего окружения сверхмассивных чёрных дыр и для разработки методов измерения космологических параметров, включая использование квазаров как стандартных источников для оценки расстояний во Вселенной.
Новые данные: связь меняется со временем
Анализ, опубликованный в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society группой, возглавляемой Национальной обсерваторией Афин, показал, что эта связь не универсальна. Учёные исследовали крупную выборку квазаров разного возраста Вселенной, используя современные рентгеновские наблюдения, в том числе данные всех небесных обзоров телескопа eROSITA, а также архивные данные обсерватории XMM-Newton.
Результаты показывают, что квазары, наблюдаемые на ранних этапах истории Вселенной (примерно на половине её текущего возраста), имеют заметно иную взаимосвязь между рентгеновским и ультрафиолетовым излучением, чем те, что наблюдаются в близкой к нам части космоса. В частности, зависимость между интенсивностями двух видов излучения оказывается слабее или смещена по сравнению с классическим законом, принятым для моделей физики квазаров.
Это указывает на возможное изменение физических процессов, управляющих выработкой и переработкой энергии вблизи сверхмассивных чёрных дыр, в течение последних 6,5 миллиарда лет космической истории. Такое изменение могло произойти в результате развития структуры короны, свойств аккреционного диска или условий окружающей среды.
Методика исследования
Ключевым компонентом работы стала обработка данных телескопа eROSITA — рентгеновского аппарата с широким обзором всего неба, способного регистрировать слабые источники излучения по всему небесному своду. В сочетании с архивными данными от XMM-Newton это позволило получить самую крупную выборку квазаров с измеренными характеристиками в обоих диапазонах.
Авторы исследования применили байесовские статистические методы, чтобы учесть шумы, неопределённости и различия в качественных данных рентгеновских наблюдений. Это позволило им выявить тонкие статистические тренды, которые не были очевидны ранее при работе с меньшими или менее однородными выборками.
Последствия для астрофизики
Открытие эволюции связи между ультрафиолетовым и рентгеновским излучением квазаров имеет несколько важных последствий:
1. Пересмотр физической модели квазаров.
Традиционная модель, предполагающая универсальные свойства аккреционных дисков и корон, может требовать уточнения или расширения с учётом космической эпохи объекта.
2. Влияние на космологические измерения.
Корреляция UV–X-ray использовалась в некоторых методах дистанционной оценки геометрии Вселенной. Если связь изменяется со временем, это нужно учитывать при построении космологических моделей и при оценке параметров, таких как кривизна пространства, состав тёмной энергии и тёмной материи.
3. Направления для будущих исследований.
Расширение наблюдений более удалённых и слабых квазаров с помощью eROSITA и будущих рентгеновских, оптических и многодиапазонных обзоров позволит уточнить, является ли наблюдаемая эволюция физическим эффектом или отчасти обусловлена выборочными эффектами наблюдений.
Будущие шаги
Исследователи отмечают, что текущие результаты — это лишь первый шаг к более глубокому пониманию эволюции квазаров на протяжении истории Вселенной. Предстоит:
- расширить выборку анализируемых квазаров,
- сопоставить данные в других диапазонах (оптических, инфракрасных),
- использовать предстоящие обзоры и миссии для проверки тенденций.
Такой подход поможет установить, отражают ли текущие результаты действительные физические изменения в структуре материи около чёрных дыр или они связаны с особенностями отбора наблюдаемых объектов и методологией анализа.
Вывод
Новое исследование показывает, что классическая корреляция между рентгеновским и ультрафиолетовым излучением квазаров, сформулированная почти полвека назад, может не быть универсальной для всех эпох космоса. Это открытие ставит под вопрос простую картину аккреции материи на сверхмассивные чёрные дыры и требует дальнейшего анализа с использованием увеличенных выборок данных, новых наблюдательных возможностей и развитых методов статистики.
Источники:
Статья создана по материалам https://phys.org/news/2025-12-astronomers-year-quasar-law.html
