В ранней Вселенной найдена черная дыра с самым быстрым поглощением материи

Сверхмассивные черные дыры находятся в центрах большинства галактик и завораживают ученых своим огромным гравитационным притяжением. Однако астрофизики со значительными трудностями понимают то, как этим черным дырам удавалось так быстро расти в ранней Вселенной.

Об этом рассказывают OstanniPodii.com со ссылкой на пресс-релиз американской Национальной исследовательской лаборатории оптико-инфракрасной астрономии (NOIRLab).

Недавнее исследование под руководством Хьевона Су из Международной обсерватории Джемини/NSF NOIRLab проливает свет на эту космическую загадку. Команда обнаружила чрезвычайную низкомассовую сверхмассивную черную дыру, названную LID-568, которая поглощает материю с тревожной скоростью всего через 1,5 миллиарда лет после Большого взрыва.

Чтобы сделать это революционное открытие, команда Су использовала космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST), удивительный инструмент, известный своей непревзойденной инфракрасной чувствительностью.

JWST наблюдал выборку галактик из архива COSMOS рентгеновской обсерватории Чандра. Это исследование включает галактики, которые являются яркими в рентгеновском спектре, но ранее не были обнаружены в оптическом и ближнем инфракрасном диапазонах. Возможности Уэбба позволили исследователям обнаружить эти неуловимые излучения.

LID-568 была особенно заметной в выборке благодаря своему интенсивному рентгеновскому излучению. Однако определить ее точное местонахождение, опираясь только на рентгеновские данные, было проблематично.

Команда получила инструментальную поддержку от ученых JWST, которые порекомендовали использовать спектрограф интегрального поля телескопа NIRSpec. Этот инструмент обеспечил полный спектр для каждого пикселя в поле зрения, что позволило провести всесторонний анализ LID-568 и ее окружения.

"Из-за своей слабой природы обнаружение LID-568 было бы невозможным без JWST. Использование спектрографа интегрального поля было инновационным и необходимым для получения наших наблюдений", - сказал соавтор Эмануэле Фарина, астроном из Международной обсерватории Джемини/NSF NOIRLab.

С помощью NIRSpec телескопа Уэбба команда обнаружила неожиданные оттоки газа возле LID-568, что является намеком на значительный рост массы за один быстрый эпизод. Эти оттоки дали подсказку к пониманию того, как черная дыра могла так агрессивно питаться.

"Этот неожиданный результат добавил новое измерение к нашему пониманию системы и открыл захватывающие пути для исследований", - отметил Су.

Исследователи также обнаружили, что LID-568 накапливает материю с удивительной скоростью -- примерно в 40 раз больше предела Эддингтона.

Предел Эддингтона описывает теоретическую максимальную светимость, которой может достичь черная дыра, сохраняя баланс между внутренним гравитационным притяжением и внешним давлением, вызванным материей, попадающей внутрь.

Наблюдение такой экстремальной светимости указывает на то, что внутри LID-568 разворачивается нечто чрезвычайное.

"У этой черной дыры пир", - заявила соавтор исследования Джулия Шарвахтер, тоже из Международной обсерватории Gemini/NSF NOIRLab.

"Этот экстремальный случай показывает, что механизм быстрого питания выше предела Эддингтона является одним из возможных объяснений того, почему мы видим эти очень тяжелые черные дыры так рано во Вселенной".

Открытие LID-568 имеет значительные последствия для понимания образования и роста черных дыр.

Современные теории предполагают, что сверхмассивные черные дыры развиваются из первоначального "семени", образованного либо в результате коллапса первых звезд Вселенной (легкое семя), либо в результате прямого коллапса газового облака (тяжелое семя). Однако до сих пор эти теории не имели существенной наблюдательной основы.

"Открытие супер-Эддингтоновой аккретирующей черной дыры свидетельствует о том, что значительная часть роста массы может происходить во время одного эпизода быстрого питания, независимо от того, возникла ли черная дыра из легкого или тяжелого семени", - пояснил Су.

Это наблюдение бросает вызов существующим моделям и намекает на то, что некоторые черные дыры в ранней Вселенной могли расти быстро, далеко за пределом Эддингтона, что позволяло им достигать огромных размеров за относительно короткое время.

Обнаружение экстремальных темпов аккреции LID-568 также открывает двери для исследования того, как черным дырам удается превышать предел Эддингтона, избегая коллапса под давлением.

Одна из теорий заключается в том, что мощные оттоки, которые наблюдаются вокруг LID-568, действуют как механизм высвобождения избыточной энергии, стабилизируя таким образом систему. Эта идея, если она подтвердится, может перевернуть наше понимание того, как сверхмассивные черные дыры выдерживают такие быстрые фазы роста.

Для лучшего исследования этой динамики команда Су планирует провести дальнейшие наблюдения с помощью JWST.