Обнаружена огромная черная дыра в ранней Вселенной
Международная группа астрономов под руководством ученых Кембриджского университета использовала космический телескоп Джеймс Уэбб, чтобы обнаружить гигантскую черную дыру в ранней Вселенной, возникшую всего через 800 миллионов лет после Большого взрыва.
Черная дыра огромна — ее масса в 400 миллионов раз больше массы Солнца — что делает ее одной из самых массивных черных дыр, обнаруженных Уэббом на данном этапе развития Вселенной. Черная дыра настолько большая, что ее масса составляет примерно 40% от общей массы ее галактики-хозяина: для сравнения, масса большинства черных дыр в локальной Вселенной составляет примерно 0,1% от массы своей галактики.
Однако, несмотря на гигантские размеры, эта черная дыра поглощает, или аккрецирует, газ, необходимый ей для роста, с очень низкой скоростью — примерно в 100 раз ниже ее теоретического максимального предела, — что делает ее по сути спящей.
Такая сверхмассивная черная дыра на столь раннем этапе развития Вселенной, но не растущая, бросает вызов существующим моделям развития черных дыр. Однако исследователи говорят, что наиболее вероятный сценарий заключается в том, что черные дыры проходят через короткие периоды сверхбыстрого роста, за которыми следуют длительные периоды покоя.
Когда черные дыры «дремлют», они гораздо меньше светятся, что затрудняет их обнаружение даже с помощью высокочувствительных телескопов, таких как телескоп Джеймс Уэбб. Черные дыры нельзя наблюдать напрямую, но вместо этого их можно обнаружить по характерному свечению вращающегося аккреционного диска, который формируется вблизи краев черной дыры. Когда черные дыры активно растут, газ в аккреционном диске становится чрезвычайно горячим и начинает светиться и излучать энергию в ультрафиолетовом диапазоне.
Вероятно, подавляющее большинство черных дыр находятся в спящем состоянии. Я удивлен, что мы нашли эту, но я рад думать, что мы можем найти гораздо больше. профессор Роберто Майолино
«Хотя эта черная дыра и спит, ее огромные размеры позволили нам ее обнаружить», — сказал ведущий автор Игнас Юоджбалис из Института космологии Кавли в Кембридже. «Ее спящее состояние позволило нам также узнать о массе галактики-хозяина. Ранняя Вселенная умудрилась произвести на свет некоторых абсолютных монстров, даже в относительно небольших галактиках».
Согласно стандартным моделям, черные дыры образуются из коллапсировавших остатков мертвых звезд и аккрецируют материю до предсказанного предела, известного как предел Эддингтона, где давление излучения на материю превышает гравитационное притяжение черной дыры. Однако огромные размеры этой черной дыры говорят о том, что стандартные модели не могут адекватно объяснить, как формируются и растут эти дыры.
«Возможно, что черные дыры уже «рождаются большими», что может объяснить, почему Уэбб обнаружил огромные черные дыры в ранней Вселенной», — сказал соавтор исследования, профессор Роберто Майолино. «Но другая возможность заключается в том, что они проходят через периоды гиперактивности, за которыми следуют длительные периоды покоя».
Ученые провели ряд компьютерных симуляций, чтобы смоделировать, как эта спящая черная дыра могла вырасти до таких огромных размеров на столь раннем этапе существования Вселенной.
Они обнаружили, что наиболее вероятный сценарий заключается в том, что черные дыры могут превышать предел Эддингтона на короткие периоды, в течение которых они растут очень быстро, за которыми следуют длительные периоды бездействия: исследователи говорят, что черные дыры, подобные этой, вероятно, питаются в течение пяти-десяти миллионов лет и спят около 100 миллионов лет.
Поскольку периоды покоя намного длиннее периодов сверхбыстрого роста, именно в эти периоды астрономы с наибольшей вероятностью обнаруживают черные дыры.
Из-за низкой светимости спящие черные дыры сложнее обнаружить, но исследователи говорят, что эта черная дыра почти наверняка является верхушкой гораздо большего айсберга, если черные дыры в ранней Вселенной проводили большую часть своего времени в состоянии покоя.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.