Обнаружена черная дыра, растущий в 2,4 раза быстрее теоретического предела

Фото из открытых источников

Астрономы обнаружили в ранней Вселенной гигантскую чёрную дыру, поглощающую материю в объёмах, более чем вдвое превышающих теоретический предел. Это открытие ещё больше проясняет тайну того, как некоторые чёрные дыры, рождённые вскоре после Большого взрыва, смогли вырасти до таких размеров и так быстро.

Используя рентгеновскую обсерваторию NASA Chandra — мощный рентгеновский телескоп, который может быть закрыт в связи с предложенным администрацией Трампа бюджетом NASA на 2026 год, — астрономы изучили древнюю черную дыру RACS J0320-35, которая родилась всего через 920 миллионов лет после Большого взрыва.

Даже в ту раннюю эпоху космической истории, когда возраст Вселенной составлял примерно одну пятнадцатую от ее нынешнего возраста, черная дыра была гигантом, раздувшейся примерно до 1 миллиарда масс Солнца и быстро растущей.

Согласно новому анализу рентгеновского, инфракрасного и оптического излучения, исходящего из черной дыры, этот сверхмассивный монстр, по-видимому, растет быстрее, чем теоретически возможно, в 2,4 раза превышая предел Эддингтона — теоретический потолок скорости роста черных дыр, основанный на соотношении между давлением их внешнего излучения и гравитационным притяжением.

«Было немного шокирующе наблюдать, как эта черная дыра растет стремительными темпами», — сказал ведущий автор исследования Лука Игина из Гарвардского и Смитсоновского центра астрофизики.

Эта нарушающая правила черная дыра — не первый «супер-Эддингтоновский» объект, обнаруженный в ранней Вселенной, но его дальнейшее изучение может приблизить ученых к пониманию того, почему некоторые древние черные дыры, похоже, бросают вызов нашим лучшим моделям космологии.

Чёрные дыры — космические объекты, образовавшиеся в результате коллапса гигантских звёзд, которые фактически создают гравитационные провалы в космосе. Они растут, сливаясь с другими чёрными дырами и поглощая огромные объёмы материи, выплескивающиеся за их горизонт событий — точку, за пределы которой ничто, даже свет, не может вырваться.

Поскольку крупнейшие чёрные дыры притягивают к себе материю со скоростью, близкой к скорости света, они могут образовывать огромные кольца яркого света или извергать энергию в гигантские, похожие на световые мечи струи, пронзающие космос. Самые яркие из этих диспептических чёрных дыр называются квазарами, и их излучение может затмить целые галактики.

Это делает квазары идеальными целями для астрономов, и RACS J0320-35 не является исключением. Яркое излучение этой гигантской чёрной дыры во всём электромагнитном спектре, впервые обнаруженное в ходе радиотелескопического исследования, а затем исследованное космическим аппаратом «Чандра» в 2023 году, делает её «идеальной лабораторией» для изучения роста чёрных дыр, пишут исследователи в своём исследовании.

Исследователи наблюдали интенсивность рентгеновского излучения, испускаемого чёрной дырой на разных длинах волн, а затем сравнили эти данные с данными в инфракрасном и оптическом диапазонах, чтобы оценить массу и скорость роста объекта. Они обнаружили, что чёрная дыра должна ежегодно увеличивать объём материи на 300–3000 солнечных масс, что выходит за пределы предела Эддингтона для чёрной дыры такого размера. Как чёрная дыра может превзойти этот предел, не теряя при этом стабильности, остаётся загадкой.

Зная темпы роста и возраст чёрной дыры, исследователи затем проанализировали ситуацию в обратном направлении, чтобы сделать предположения о том, как изначально образовался этот монстр. Они обнаружили, что, учитывая его сверхбыстрый рост, он мог зародиться так же, как и многие типичные чёрные дыры в Местной Вселенной, — в результате коллапса крупной звезды с массой менее 100 солнц.

Это открытие, наряду с данными о других потенциальных суперэддингтоновских чёрных дырах, обнаруженных космическим телескопом имени Джеймса Уэбба в ранней Вселенной, указывает на то, что быстрорастущие чёрные дыры могут быть более распространённым явлением в древнем космосе, чем предполагают наши модели. Исследователи добавили, что такие быстрые пожиратели могут быть более склонны испускать гигантские энергетические струи, как RACS J0320-35.

Дальнейшие исследования этой и других подобных ей черных дыр помогут исследователям раскрыть тайны самых первых черных дыр во Вселенной, а именно: откуда они взялись и как они так быстро росли?

«Как Вселенная создала первое поколение чёрных дыр?» — заявил соавтор исследования Томас Коннор, также работающий в Гарвардском и Смитсоновском центрах астрофизики. «Это остаётся одним из самых важных вопросов в астрофизике, и этот объект помогает нам найти ответ».