Виявлено чорну діру, яка зростає з дивовижною швидкістю

Чорна діра, за даними від рентгенівської обсерваторії "Чандра", зростає з однією з найвищих швидкостей, які коли-небудь фіксувалися. Це відкриття може допомогти пояснити, як деякі чорні діри можуть відносно швидко досягти величезної маси після Великого вибуху.

Про відкриття розповідають в NASA, передають OstanniPodii.com.

Ця чорна діра важить приблизно в мільярд разів більше за Сонце й розташована на відстані близько 12,8 мільярда світлових років від Землі, що означає, що астрономи бачать її лише через 920 мільйонів років після початку існування Всесвіту. Вона виробляє більше рентгенівського випромінювання, ніж будь-яка інша чорна діра, спостережувана протягом першого мільярда років існування Всесвіту.

Чорна діра живить те, що вчені називають квазаром — це надзвичайно яскравий об′єкт, який сяє яскравіше за цілі галактики. Джерелом енергії цього сяйнистого монстра є великі кількості речовини, що обертаються навколо чорної діри та потрапляють в неї.

Хоча та сама команда відкрила її два роки тому, тільки спостереження з Чандри у 2023 році дозволили виявити, що відрізняє цей квазар, RACS J0320-35, від інших. Дані рентгенівського випромінювання показують, що ця чорна діра, як видається, росте зі швидкістю, яка перевищує нормальний ліміт для таких об′єктів.

«Було дещо шоком бачити, як ця чорна діра зростає стрімкими темпами», — сказав Лука Ігіна з Гарвард-Смітсонівського Центру астрофізики у Кембриджі, який очолював дослідження.

Коли речовина притягується до чорної діри, вона нагрівається й виробляє інтенсивне випромінювання в широкому спектрі, включаючи рентгенівське та оптичне світло. Це випромінювання створює тиск на речовину, що падає до чорної діри. Коли швидкість падіння речовини досягає критичного значення, тиск випромінювання врівноважує гравітацію чорної діри, і речовина не може падати всередину швидше. Ця максимальна величина називається межею Едінгтона.

Вчені вважають, що чорні діри, які ростуть повільніше, ніж межа Едінгтона, повинні народжуватися з масою близько 10 000 Сонць або більше, щоб вони могли досягти мільярда сонячних мас протягом мільярда років після Великого вибуху — як це було спостережено в RACS J0320-35. Чорна діра з такою високою масою при народженні може бути прямим результатом екзотичного процесу: колапсу величезної хмари щільного газу, що містить надзвичайно малу кількість елементів, важчих за гелій, — умов, які можуть бути надзвичайно рідкісними.

Якщо RACS J0320-35 дійсно росте з високою швидкістю — яка, за оцінками, у 2,4 раза перевищує межу Едінгтона — і робить це протягом тривалого часу, її чорна діра могла виникнути більш традиційним способом, з масою менш ніж сто Сонць, внаслідок імплозії масивної зорі.

«Знаючи масу чорної діри та обчислюючи, як швидко вона зростає, ми можемо прорахувати назад, щоб оцінити, якою масою вона могла бути при народженні», — сказав співавтор Альберто Моретті з Обсерваторії Брера в Італії. «За допомогою цього розрахунку ми тепер можемо перевірити різні гіпотези про те, як народжуються чорні діри».

Щоб з′ясувати, як швидко зростає ця чорна діра (від 300 до 3000 Сонць на рік), дослідники порівняли теоретичні моделі з рентгенівським сигналом, або спектром, від Чандри, який дає кількість рентгенівських променів при різних енергіях. Вони виявили, що спектр Чандри точно відповідає тому, що вони очікували від моделей чорної діри, яка зростає швидше, ніж межа Едінгтона. Дані з оптичного та інфрачервоного світла також підтверджують інтерпретацію, що ця чорна діра набирає вагу швидше, ніж дозволяє межа Едінгтона.

«Як Всесвіт створив перше покоління чорних дір?» — каже співавтор Томас Коннор, також із Центру астрофізики. «Це залишається одним з найбільших питань в астрофізиці, і цей об′єкт допомагає нам знайти відповідь».

Інша наукова загадка, яку розкриває цей результат, стосується причини виникнення джетів з частинок, які віддаляються від деяких чорних дір зі швидкістю, близькою до швидкості світла, як це спостерігається в RACS J0320-35. Такі джети рідко зустрічаються у квазарах, що може означати, що швидке зростання чорної діри якимось чином сприяє утворенню цих джетів.

Квазар був раніше виявлений в рамках радіоастрономічного дослідження за допомогою австралійського радіотелескопа "Австралійський слідопит квадратно-кілометрової решітки" у поєднанні з оптичними даними з "Камери темної енергії", приладу, встановленого на 4-метровому телескопі Віктора М. Бланко в Міжамериканській обсерваторії Серро-Тололо в Чилі. Для отримання точної відстані до RACS J0320-35 було використано телескоп Джеміні-Південь Національної лабораторії оптичної та інфрачервоної астрономії Національного наукового фонду США, розташований на горі Серро Пачон у Чилі.

Стаття, в якій описано ці результати, була прийнята до публікації в The Astrophysical Journal.

Програмою "Чандра" керує Космічний центр NASA імені Маршалла в Хантсвіллі, штат Алабама. Рентгенівський центр "Чандри" Смітсонівської астрофізичної обсерваторії контролює наукові операції з Кембриджа, а польоти — з Берлінгтона, штат Массачусетс.

• Чорні діри
• обсерваторія Чандра