Астрономы обнаружили огромную черную дыру, существовавшую на заре времен

Астрономы обнаружили доказательства существования теоретического типа черной дыры, скрывающейся в далекой Вселенной. Этот объект, известный как «огромная черная дыра» (Outsize Black Hole), может помочь объяснить некоторые фундаментальные космические загадки, в том числе то, как формируются сверхмассивные черные дыры.

Черные дыры, какими мы их знаем, обычно делятся на две категории: черные дыры звездной массы, которые, как следует из названия, имеют массы, эквивалентные нескольким звездам. Они образуются, когда крупные звезды умирают в результате вспышки сверхновой.

На другом конце шкалы находятся сверхмассивные черные дыры, содержащие массу миллионов или даже миллиардов звезд. Они находятся в центре многих галактик, в том числе и нашей.

Долгое время считалось, что сверхмассивные черные дыры образуются из черных дыр звездной массы, поглощающих материю в течение миллиардов лет. Эта гипотеза, по-видимому, была подкреплена недавними наблюдениями черных дыр промежуточной массы — редких объектов, которые находятся в середине диапазона масс.

Но по мере того, как астрономы смотрят дальше в пространстве и времени, они все чаще замечают признаки того, что история не так проста.

В 2017 году в отдаленном уголке космоса была обнаружена черная дыра с массой в 800 миллионов Солнц, а это означало, что она выросла до таких размеров всего через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва – темпы роста, которые, согласно нашим моделям, должны быть невозможны. И она далеко не единственная: с тех пор было обнаружено более 100 современных гигантов.

Одно из возможных объяснений состоит в том, что некоторые черные дыры могут образовываться другими методами, что дает им большую стартовую массу, чем позволяла бы обычная сверхновая. Гипотеза гласит, что если массивные газовые облака коллапсируют, они могут образовать черные дыры с массами от 10 000 до 100 000 Солнц.

«Существуют физические ограничения на то, как быстро черные дыры могут расти после того, как сформировались, но те, которые рождаются более массивными, имеют преимущество», — сказал Энди Гулдинг, соавтор исследования. «Это похоже на посадку саженца, которому требуется меньше времени, чтобы вырасти в полноразмерное дерево, чем если бы вы начали с одного лишь семени».

Теперь астрономы утверждают, что обнаружили первое свидетельство существования именно такого объекта, который они называют огромной черной дырой. Он расположен в галактике под названием UHZ1, на невероятном расстоянии в 13,2 миллиарда световых лет от Земли.

Это также означает, что мы видим его таким, каким он был 13,2 миллиарда лет назад, или менее чем через 500 миллионов лет после Большого взрыва.

Чтобы найти объект так далеко, потребовалась совместная работа рентгеновской обсерватории «Чандра» и космического телескопа Джеймс Уэбб, чему способствовал эффект увеличения, называемый гравитационным линзированием. Скопление галактик на переднем плане усилило слабый свет от UHZ1, что позволило двум телескопам уловить его.

По яркости и энергии рентгеновских лучей, испускаемых черной дырой, астрономы подсчитали, что ее масса составляет от 10 до 100 миллионов Солнц.

Это означает, что она имеет примерно ту же массу, что и все звезды в ее родной галактике вместе взятые, что намного выше, чем у сверхмассивных черных дыр, обнаруженных в более современных галактиках. Такие наблюдаемые характеристики согласуются с теоретическими предсказаниями огромных черных дыр.

«Мы считаем, что это первое обнаружение «Outsize Black Hole» и лучшее из полученных на сегодняшний день доказательств того, что некоторые черные дыры образуются из массивных облаков газа», — сказал Приямвада Натараджан, соавтор исследования.

«Впервые мы наблюдаем краткий период, когда сверхмассивная черная дыра весит примерно столько же, сколько звезды в ее галактике, прежде чем появится разница».

Другие исследования предположили, что эти ранние гиганты могли образоваться из первичных сверхмассивных звезд, ставших сверхновыми, или даже из коллапса темной материи. Конечно, возможно, что здесь задействовано несколько механизмов, но только дальнейшие наблюдения смогут помочь астрономам найти ответ.

Исследование было опубликовано в двух статьях, опубликованных в журналах Nature Astronomy и Astrophysical Journal Letters.