Обсерватория «Чандра» обнаружила быстрорастущую черную дыру

По данным группы астрономов, наблюдения за сверхмассивной черной дырой, расположенной на расстоянии 12,8 миллиардов световых лет от Земли, выявили одну из самых высоких скоростей роста среди всех известных объектов подобного рода. Это открытие, сделанное при помощи рентгеновской обсерватории «Чандра», имеет фундаментальное значение для понимания механизмов, позволивших некоторым черным дырам достичь колоссальных масс в миллиарды солнечных всего через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва.

Объект исследования, квазар RACS J0320-35, представляет собой чрезвычайно яркое образование, светимость которого затмевает целые галактики. Энергия квазара генерируется аккрецией — процессом падения огромного количества вещества на центральную черную дыру, масса которой оценивается в миллиард масс Солнца. Астрономы наблюдают этот квазар в эпоху, когда возраст Вселенной составлял всего около 920 миллионов лет, что делает его ключевым свидетельством для изучения ранних этапов космической эволюции.

Особенность данного квазара была раскрыта в 2023 году благодаря данным «Чандры», которые показали, что черная дыра растет с аномально высокой скоростью, значительно превышающей так называемый предел Эддингтона. Этот теоретический предел определяет максимально возможную скорость аккреции, при которой давление излучения от разогретой падающей материи уравновешивает гравитационное притяжение черной дыры, предотвращая дальнейший приток вещества. Превышение этого лимита указывает на экстремальные и не до конца понятные физические процессы.

По словам Луки Игины из Центра астрофизики Гарварда и Смитсоновского института, руководившего исследованием, стремительные темпы роста черной дыры стали для ученых неожиданностью. Для объяснения того, как объект смог достичь миллиарда солнечных масс за менее чем миллиард лет, существует две основные гипотезы. Согласно первой, черная дыра могла родиться уже массивной, с массой порядка 10 000 солнечных, в результате прямого коллапса чрезвычайно плотного и почти первородного газового облака с крайне низким содержанием элементов тяжелее гелия. Однако такой сценарий считается крайне редким.

Вторая гипотеза, которую подтверждают наблюдения «Чандры», предполагает, что черная дыра могла возникнуть более традиционным путем — из остатков массивной звезды массой менее ста солнц — но затем на протяжении длительного времени росла с устойчиво высокой скоростью, примерно в 2,4 раза превышающей предел Эддингтона. Как отметил соавтор исследования Альберто Моретти из INAF-Aстрономической обсерватории Брера в Италии, расчет скорости роста позволяет оценить первоначальную массу объекта и, таким образом, проверить различные теории его образования.

Скорость аккреции, оцененная в диапазоне от 300 до 3000 солнечных масс в год, была вычислена путем сравнения теоретических моделей с рентгеновским спектром, полученным обсерваторией «Чандра». Спектральные данные практически идеально соответствовали модели сверхэддингтоновской аккреции. Дополнительные наблюдения в оптическом и инфракрасном диапазонах независимо подтвердили этот вывод.

Открытие также проливает свет на другую загадку — природу релятивистских струй (джетов), вырывающихся из некоторых черных дыр со скоростью, близкой к скорости света. Подобные струи, обнаруженные у RACS J0320-35, редко встречаются у квазаров, что позволяет предположить существование связи между экстремальной скоростью аккреции и механизмом формирования джетов.

Первоначально квазар был идентифицирован в ходе радиотелескопического обзора австралийским инструментом Square Kilometer Array Pathfinder. Оптические данные были предоставлены камерой Dark Energy Camera на 4-метровом телескопе Виктора Бланко в Межамериканской обсерватории Серро-Тололо в Чили. Точное расстояние до объекта было определено с помощью телескопа Gemini-South. Это открытие вносит значительный вклад в поиск ответа на один из ключевых вопросов астрофизики о том, как сформировались первые сверхмассивные черные дыры во Вселенной.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях