Черная дыра в древней галактике слишком быстро поглотила материю

Одни из самых таинственных обитателей космоса, сверхмассивные черные дыры, как правило располагаются в центрах большинства галактик, а их масса составляет десятки и сотни миллиардов масс нашего Солнца. Однако, когда речь заходит о черных дырах, сформированных в ранней Вселенной – то есть в первые сотни и миллиарды лет после Большого взрыва, – астрономы разводят руками: вопрос о том, почему эти объекты достигли огромных размеров за столь короткий промежуток времени до сих пор не имеет ответа. Масла в огонь подлили результаты нового исследования, авторы которого, с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб», обнаружили в сердце древней галактики черную дыру малой массы, которая поглощает материю со скоростью, в 40 раз превышающей так называемый предел Эддингтона.

Данные наблюдений, полученные с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб» раскрыли тайны формирования сверхмассивных черных дыр в ранней Вселенной. Изображение: phys.org

Скопление древних галактик

После того, как космическая обсерватория «Джеймс Уэбб№ приступила к работе, астрономы сообщили об обнаружении немалого количества галактик, которые сформировались вскоре после рождения Вселенной. Например, ранее телескоп наблюдал сразу три далекие галактики, образовавшиеся по меньшей мере через 300 миллионов лет после Большого взрыва. Эти цифры означают, что свет, запечатленный «Уэббом», шел до него примерно 13,5 миллиардов лет.

Напомним, одним из основных инструментов этого космического телескопа считается инфракрасный спектрограф NIRcam, высокая чувствительность которого позволяет фиксировать излучение, исходящее даже от самых удаленных объектов. Именно с его помощью международная команда исследователей во главе с астрономом Хювон Сух из обсерватории «Джемини» смогла изучить «прожорливую» черную дыру малой массы.

Космический телескоп «Джеймс Уэбб» позволяет наблюдать самые удаленные от нашей планеты объекты. Изображение: rappler.com

Результаты исследования, недавно опубликованного в журнале Nature Astronomy, показали, что в центре галактики, сформировавшейся всего через 1,5 миллиарда лет после рождения Вселенной, расположился крайне необычный объект под названием LID-568, который поглощал материю со скоростью, превышающей теоретические пределы. Открытие дарит новую информацию о механизмах быстрого роста черных дыр в ранней Вселенной.

Отметим, что впервые группу галактик, в которой находится черная дыра, исследователи обнаружили с помощью космической обсерватории NASA «Чандра» в рентгеновском диапазоне. Этих данных, однако, было недостаточно для того, чтобы точно определить местоположение как галактики, так и ее центрального объекта. Справиться с этой задачей, как уже говорилось выше, смог NIRcam, установленный на борту «Уэбба».

Голодный космический «монстр»

Наблюдая за группой древних галактик сначала с помощью «Чандры» а затем «Уэбба», команда астрономов совершила неожиданные открытие – оказалось, что в окрестностях LID-568 присутствуют мощные выбросы газа. Размер и скорость выбросов навели команду на мысль о том, что наблюдаемая ими черная дыра значительно увеличилась в размерах в результате одного масштабного эпизода аккреции (то есть поглощения материи).

Последующий анализ данных показал, что LID-568 чрезвычайно «прожорлива» и поглощала материю со скоростью, в 40 раз превышающей так называемый предел Эддингтона. Последний, как считается, определяет максимальную светимость, наблюдаемую в окрестностях черной дыры и количество материала, который этот космический монстр может поглотить, чтобы сохранять равновесие между гравитационным притяжением и давлением излучения, возникающее от нагревающейся падающей материи.

Обнаружить LID-568 было бы невозможно без телескопа «Джеймс Уэбб». Изображение: studyfinds.org

Эта черная дыра устроила настоящий пир, показав, что механизм быстрого «питания» выше предела Эддингтона является одним из возможных объяснений того, почему мы наблюдаем массивные черные дыры в ранней Вселенной, — объяснила соавтор нового исследования Джулия Шарвэхтер.

Примечательно, что LID-568 – это черная дыра малой массы, однако новое открытие позволяет предположить, как в ранней Вселенной образуются более массивные космические монстры. Согласно существующим теориям, эти объекты образуются из более малых черных дыр, так называемых «семян», возникающих после гибели первых звезд (легкие семена) или прямого коллапса газовых облаков (тяжелые семена). До недавнего времени эти предположения не были подтверждены данными наблюдений и не могли объяснить, как «семена» превращаются в сверхмассивные черные дыры.

Механизм образования сверхмассивных черных дыр в ранней Вселенной – один из ведущих вопросов астрофизики. Изображение: techexplorist.com

Авторы научной работы отметили, что обнаружение черной дыры малой массы с суперэддингтоновской аккрецией предполагает значительный рост массы объекта в рамках однократного и быстрого поглощения материала (вне зависимости от того, из какого «семени» – тяжелого или легкого – возник LID-568).

Как черные дыры наращивают массу?

Скорость выбросов газа вокруг центра LID-568, которые команда обнаружила с помощью данных наблюдений, движутся со скоростью около 500–600 км/с и выступают в роли «клапана», предотвращающего дестабилизацию системы путем выхода наружу энергии, генерируемой экстремальной аккрецией. Это совершенно случайное и неожиданное открытие добавило новые, полезные данные к пониманию механизма роста черных дыр в ранней Вселенной.

В будущем открытие LID-568 поможет астрономам объяснить, каким образом вскоре после Большого взрыва во Вселенной сформировались такие масштабные структуры как галактики и сверхмассивные черные дыры. Авторы нового исследования отметили, что также смогут изучить частоту подобных экстремальных космических явлений и их роли в эволюции галактик.

Черные дыры большой массы – самые загадочные объекты в космосе. ИЗображение: bigthink.com

Это захватывающее время для науки. С каждым новым открытием мы приближаемся к пониманию того, как устроена Вселенная и как она эволюционировала в первые миллиарды лет своего существования, — заключили авторы открытия.

Таким образом, прожорливая черная дыра LID-568 и феноменальная скорость ее аккреции, бросают вызов существующим теориям и позволяет исследователям приблизиться к разгадке одной из наиболее важных проблем астрофизики.

Необычные галактики, черные дыры и звездные системы

Ранее исследователи физики из Массачусетского технологического института (MIT) и Калифорнийского технологического института обнаружили необычную тройную систему, в центре которой, помимо двух звезд, присутствует черная дыра. Первое светило, как оказалось, находится близко к черной дыре и совершает оборот вокруг нее каждые 6,5 дней, в то время как вторая звезда находится гораздо дальше – ей требуется 70 000 лет, чтобы совершить один полный оборот.

Результаты исследования, опубликованного в журнале Nature, также бросают вызов общепринятым представлениям о том, как формируются черные дыры: факт того, что далекая звезда гравитационно связана с черной дырой, свидетельствует о том, что этот космический монстр образовался не в результате вспышки сверхновой: а в результате прямого коллапса – то есть более мягкого процесса, когда звезда распадается сама на части без взрыва и позволяет любым удаленным объектам оставаться на своей орбите.

Тройная звездная система с центральной черной дырой озадачила астрономов. Изображение: thebrighterside.news

Считается, что большинство черных дыр образуются в результате взрывов звезд, однако полученные нами результаты ставят эту теорию под сомнение. Обнаруженная система интересна не только с точки зрения эволюции черных дыр, но и с точки зрения существования во Вселенных подобных тройных систем.

Еще одним впечатляющим открытием за последнее время стала черная дыра, расположенная в сердце древней галактики GS-10578 (или галактики Пабло), которая заморила голодом свой родной «дом», лишив галактику газа, необходимого для образования новых звезд. Отметим, что процесс, останавливающий звездообразование, помогает ученым лучше понять как эволюционировали галактики с течением времени.

Сверхмассивная черная дыра в ранней Вселенной заморила голодом родную галактику. Изображение: thebrighterside.news

GS-10578 возникла примерно через два миллиарда лет после Большого взрыва, однако новые звезды в ней практически не образуются. Такие объекты мы называем «мертвыми», – подытожили авторы исследования.

Отметим, что большинство звезд, масса которых примерно в 200 миллиардов раз превышает массу Солнца, сформировались в промежутке между 12,5 и 11,5 миллиардами лет назад. Таким образом, GS-10578 – уникальная для ранней Вселенная галактика.Результаты исследования представлены в журнале Nature Astronomy.

Источник