У ранньому Всесвіті знайдено чорну діру, що поглинає матерію набагато швидше, ніж теоретично можливо

Спостереження за допомогою космічних обсерваторій JWST і "Чандра" виявили надмасивну чорну діру низької маси, яка, схоже, поглинає матерію зі швидкістю, що у 40 разів перевищує теоретичну межу.

Про це розповідають в Національній дослідницькій лабораторії оптико-інфрачервоної астрономії (NOIRLab) Національного наукового фонду США, передають OstanniPodii.com.

Використовуючи дані від космічного телескопа "Джеймс Вебб" (JWST) і рентгенівської обсерваторії "Чандра", команда астрономів NOIRLab виявила надмасивну чорну діру в центрі галактики всього через 1,5 мільярда років після Великого вибуху, яка поглинає матерію з феноменальною швидкістю -- у понад 40 разів більшою за теоретичну межу. Хоча цей "бенкет" чорної діри був недовгим, він може допомогти астрономам пояснити, як надмасивні чорні діри так швидко зростали в ранньому Всесвіті.

Результати дослідження були опубліковані в журналі Nature Astronomy.

Надмасивні чорні діри існують у центрах більшості галактик, і сучасні телескопи продовжують їх спостерігати в на диво ранніх етапах еволюції Всесвіту. Важко зрозуміти, як ці чорні діри змогли так швидко вирости настільки великими. Але з відкриттям надмасивної чорної діри з низькою масою ("всього" 7,2 мільйона сонячних мас), яка поглинала матеріал з надзвичайною швидкістю, що відбулося всього через 1,5 мільярда років після Великого вибуху, астрономи отримали нові цінні знання про механізми швидкого зростання чорних дір у ранньому Всесвіті.

LID-568 була відкрита міжінституційною групою астрономів за допомогою космічного телескопа "Джеймс Вебб" (JWST) шляхом спостережень за вибіркою галактик з архіву COSMOS рентгенівської обсерваторії "Чандра". Ця популяція галактик дуже яскрава в рентгенівській частині спектра, але невидима в оптичному та ближньому інфрачервоному діапазонах. Але унікальна інфрачервона чутливість JWST дозволяє виявляти ці слабкі випромінювання.

LID-568 виділялася у вибірці своїм інтенсивним рентгенівським випромінюванням, але її точне положення не можна було визначити лише за допомогою рентгенівських спостережень, що викликало занепокоєння щодо правильного центрування цілі в полі зору JWST. Тому, замість використання традиційної щілинної спектроскопії, вчені з інструментальної підтримки JWST запропонували команді використовувати спектрограф інтегрального поля на JWST, прилад "Спектрограф ближнього інфрачервоного діапазону" (NIRSpec). Цей інструмент може отримати спектр для кожного пікселя в полі зору, а не обмежуватися вузьким зрізом.

"Через свою природну тьмяність, виявлення LID-568 було б неможливим без JWST. Використання спектрографа інтегрального поля було інноваційним і необхідним для отримання нашого спостереження", - каже Емануеле Фаріна, астроном Міжнародної обсерваторії Джеміні/NOIRLab і співавтор дослідження.

NIRSpec "Вебба" дозволив команді отримати повне уявлення про свою ціль і навколишній регіон, що призвело до несподіваного відкриття потужних відтоків газу біля центральної чорної діри. Швидкість і розмір цих відтоків дозволили команді зробити висновок, що значна частина зростання маси LID-568 могла відбутися за один епізод швидкої акреції. "Цей несподіваний результат додав новий вимір до нашого розуміння системи та відкрив захопливі шляхи для досліджень", - каже Х′євон Сух, астрономка Міжнародної обсерваторії Джеміні/NOIRLab і керівниця дослідження.

У приголомшливому відкритті Сух та її команда виявили, що LID-568, схоже, живиться речовиною зі швидкістю, яка в 40 разів перевищує межу Еддінгтона. Ця межа пов′язана з максимальною світністю, якої може досягти чорна діра, а також з тим, як швидко вона може поглинати матерію, щоб її внутрішня гравітаційна сила й зовнішній тиск, що утворюється від тепла стисненої матерії, що падає, залишалися в рівновазі. Коли світність LID-568 виявилася набагато вищою за теоретично можливу, команда зрозуміла, що в їхніх даних є щось надзвичайне.

"У цієї чорної діри бенкет", - каже астрономка й співавторка дослідження Джулія Шарвахтер з Міжнародної обсерваторії Джеміні/ NOIRLab. "Цей екстремальний випадок показує, що механізм швидкого живлення вище межі Еддінгтона є одним з можливих пояснень того, чому ми бачимо ці дуже важкі чорні діри так рано у Всесвіті".

Ці результати дають нове розуміння формування надмасивних чорних дір з менших "насінин", які, згідно з сучасними теоріями, виникають або внаслідок загибелі перших зірок Всесвіту (легкі насінини), або внаслідок прямого колапсу газових хмар (важкі насінини). Досі ці теорії не мали спостережних підтверджень. "Відкриття супер-Еддінгтонової чорної діри, що акретує, свідчить про те, що значна частина зростання маси може відбуватися протягом одного епізоду швидкого живлення, незалежно від того, чи виникла чорна діра з легкого або важкого насіння", - говорить Сух.

Відкриття LID-568 також вказує на можливість перевищення чорною дірою межі Еддінгтона, і дає астрономам першу можливість вивчити, як це відбувається. Цілком можливо, що потужні відтоки, які спостерігаються в LID-568, діють як випускний клапан для надлишкової енергії, згенерованої екстремальною акрецією, запобігаючи тому, щоб система стала надто нестабільною. Для майбутнього дослідження цих механізмів команда планує подальші спостереження за допомогою JWST.

• телескоп Вебба
• Чорні діри