Спляча масивна чорна діра в ранньому Всесвіті кидає виклик наявним моделям

Вчені помітили масивну чорну діру в ранньому Всесвіті, яка вже "дрімає" після того, як наїлася досхочу.

Про відкриття розповідають в Кембридзькому університеті, передають OstanniPodii.com.

Подібно до ведмедя, який об′їдається лососем перед зимовою сплячкою, або так необхідного сну після різдвяної вечері, ця чорна діра об′їлася до такої міри, що заснула у своїй материнській галактиці.

Щоб її виявити в ранньому Всесвіті, всього через 800 мільйонів років після Великого вибуху, міжнародна команда астрономів скористалася космічним телескопом Джеймса Вебба.

Чорна діра величезна -- у 400 мільйонів разів перевищує масу нашого Сонця, що робить її однією з наймасивніших чорних дір, виявлених "Веббом" на даному етапі розвитку Всесвіту. Чорна діра настільки величезна, що становить приблизно 40% від загальної маси своєї галактики: для порівняння, більшість чорних дір у локальному всесвіті становлять приблизно 0,1% від маси своєї галактики.

Однак, попри свій гігантський розмір, ця чорна діра поглинає або накопичує газ, необхідний їй для росту, з дуже низькою швидкістю -- приблизно у 100 разів нижчою за теоретичну максимальну межу, що робить її фактично сплячою.

Така надмасивна чорна діра на такому ранньому етапі розвитку Всесвіту, яка не зростає, кидає виклик наявним моделям розвитку чорних дір. Однак дослідники кажуть, що найбільш вірогідним сценарієм є те, що чорні діри проходять через короткі періоди надшвидкого зростання, за якими слідують довгі періоди спокою. Результати дослідження опубліковані в журналі Nature.

Коли чорні діри "дрімають", вони набагато менш світні, що ускладнює їх виявлення навіть за допомогою високочутливих телескопів, таких як "Вебб". Чорні діри не можна спостерігати безпосередньо, але натомість їх можна виявити за характерним світінням закрученого акреційного диска, який утворюється біля країв чорної діри. Газ в акреційному диску стає надзвичайно гарячим і починає світитися та випромінювати енергію в ультрафіолетовому діапазоні.

"Попри те, що ця чорна діра перебуває в стані спокою, її величезний розмір дозволив нам її виявити", - сказав провідний автор дослідження Ігнас Юоджбаліс з Кембридзького інституту космології ім. Кавлі. "Її стан спокою дозволив нам також дізнатися про масу материнської галактики. Ранній Всесвіт спромігся створити деяких абсолютних монстрів, навіть у відносно крихітних галактиках".

Згідно зі стандартними моделями, чорні діри утворюються із залишків мертвих зірок, що колапсують, і акреціюють матерію до передбачуваної межі, відомої як межа Еддінгтона, де тиск випромінювання на матерію долає гравітаційне тяжіння чорної діри. Однак величезний розмір цієї чорної діри свідчить про те, що стандартні моделі не можуть адекватно пояснити, як ці монстри утворюються та зростають.

"Цілком можливо, що чорні діри "народжуються великими", що може пояснити, чому Вебб помітив величезні чорні діри в ранньому Всесвіті", - каже співавтор статті професор Роберто Майоліно з Інституту Кавлі та Кембридзької лабораторії Кавендіша. "Але інша можливість полягає в тому, що вони проходять через періоди гіперактивності, за якими слідують довгі періоди спокою".

Працюючи з колегами з Італії, кембридзькі дослідники провели ряд комп′ютерних симуляцій, щоб змоделювати, як ця спляча чорна діра могла вирости до таких величезних розмірів так рано у Всесвіті. Вони виявили, що найбільш вірогідним сценарієм є те, що чорні діри можуть перевищувати межу Еддінгтона на короткі періоди, під час яких вони дуже швидко зростають, після чого настають довгі періоди бездіяльності: дослідники кажуть, що такі чорні діри, як ця, ймовірно, їдять від 5 до 10 мільйонів років і сплять близько 100 мільйонів років.

"Пояснювати сплячу чорну діру періодами гіперактивності звучить контрінтуїтивно, але ці короткі сплески дозволяють їй швидко зростати, в той час, як більшу частину часу вона дрімає", - каже Майоліно.

Оскільки періоди спокою набагато довші, ніж періоди надшвидкого зростання, саме в ці періоди астрономи мають найбільше шансів виявити чорні діри. "Це був перший результат, який я отримав в рамках моєї докторської дисертації, і мені знадобився деякий час, щоб оцінити, наскільки він був чудовим", - каже Юоджбаліс. "Лише після того, як я почав спілкуватися зі своїми колегами з теоретичного боку астрономії, я зміг побачити справжнє значення цієї чорної діри".

Через низьку світність сплячі чорні діри астрономам складніше виявити, але дослідники кажуть, що ця чорна діра майже напевно є верхівкою набагато більшого айсберга, якщо чорні діри в ранньому Всесвіті проводять більшу частину свого часу в сплячому стані.

"Цілком ймовірно, що переважна більшість чорних дір перебуває в такому стані спокою -- я здивований, що ми знайшли цю, але мені приємно думати, що ми можемо знайти набагато більше", - сказав Майоліно.

• телескоп Вебба
• Чорні діри