Низкая металличность облегчает поиск затенённых активных ядер галактик в ранней Вселенной
Телескоп Джеймса Уэбба (JWST) значительно расширил границы наблюдений далёких галактик и активных ядер галактик (АЯГ), достигнув красного смещения z>10. Это соответствует первым 500 млн лет после Большого взрыва — эпохе зарождения сверхмассивных чёрных дыр и их раннего роста, который зачастую происходит в сильно затенённой среде.
В новой работе, опубликованной на arXiv, астрофизики исследовали ожидаемые рентгеновские свойства таких затенённых АЯГ, сосредоточившись на влиянии значительно пониженного содержания железа, предсказанного для столь ранних времён. Они использовали метод Монте-Карло для моделирования переноса рентгеновского излучения от центрального источника через окружающий тор холодного газа.
Авторы характеризовали выходящий рентгеновский спектр как функцию металличности, угла раскрытия тора и столбовой плотности. Основное внимание уделялось комптоновски-толстым поглотителям с колонной плотностью N_H=10^24-10^25 см??, что мотивировано ожиданиями для систем с высоким красным смещением.
Ключевой результат: пониженная металличность может значительно увеличить долю рентгеновских фотонов, покидающих тор, тем самым улучшая перспективы обнаружения этих очень далёких АЯГ. При этом фактор покрытия поглотителя (угол раскрытия тора) играет сложную роль: многократные рассеяния внутри тора изотропизируют излучение, а выход через отверстие создаёт геометрическое усиление (биминг).
Дополнительно исследователи рассмотрели не-солнечные отношения обилий, имитирующие задержку появления сверхновых типа Ia. Модели позволили оценить возможность обнаружения сильно затенённых АЯГ на z~10 в будущих высокоугловых рентгеновских обзорах следующего поколения.
Таким образом, работа показывает, что низкая металличность ранней Вселенной не только не препятствует, а наоборот, способствует рентгеновским наблюдениям первых сверхмассивных чёрных дыр, что важно для планирования будущих миссий, таких как Athena.
