Обнаружена черная дыра, растущая с удивительной скоростью

Черная дыра, по данным рентгеновской обсерватории «Чандра», растет с одной из самых высоких скоростей, которые когда-либо фиксировались. Это открытие может помочь объяснить, как некоторые черные дыры могут относительно быстро достичь огромной массы после Большого взрыва.

Об открытии рассказывают в NASA, передают OstanniPodii.com.

Эта черная дыра весит примерно в миллиард раз больше Солнца и расположена на расстоянии около 12,8 миллиарда световых лет от Земли, что означает, что астрономы видят ее только через 920 миллионов лет после начала существования Вселенной. Она производит больше рентгеновского излучения, чем любая другая черная дыра, наблюдаемая в течение первого миллиарда лет существования Вселенной.

Черная дыра питает то, что ученые называют квазаром — это чрезвычайно яркий объект, который сияет ярче целых галактик. Источником энергии этого сияющего монстра являются большие количества вещества, вращающиеся вокруг черной дыры и попадающие в нее.

Хотя та же команда открыла ее два года назад, только наблюдения с Чандры в 2023 году позволили обнаружить, что отличает этот квазар, RACS J0320-35, от других. Данные рентгеновского излучения показывают, что эта черная дыра, по-видимому, растет со скоростью, превышающей нормальный лимит для таких объектов.

«Было немного шокирующе видеть, как эта черная дыра растет стремительными темпами», — сказал Лука Игина из Гарвард-Смитсоновского Центра астрофизики в Кембридже, который возглавлял исследование.

Когда вещество притягивается к черной дыре, оно нагревается и производит интенсивное излучение в широком спектре, включая рентгеновский и оптический свет. Это излучение создает давление на вещество, падающее в черную дыру. Когда скорость падения вещества достигает критического значения, давление излучения уравновешивает гравитацию черной дыры, и вещество не может падать внутрь быстрее. Эта максимальная величина называется пределом Эдингтона.

Ученые считают, что черные дыры, которые растут медленнее, чем предел Эдингтона, должны рождаться с массой около 10 000 Солнц или больше, чтобы они могли достичь миллиарда солнечных масс в течение миллиарда лет после Большого взрыва — как это было наблюдаемо в RACS J0320-35. Черная дыра с такой высокой массой при рождении может быть прямым результатом экзотического процесса: коллапса огромного облака плотного газа, содержащего чрезвычайно малое количество элементов, тяжелее гелия, — условий, которые могут быть чрезвычайно редкими.

Если RACS J0320-35 действительно растет с высокой скоростью — которая, по оценкам, в 2,4 раза превышает предел Эдингтона — и делает это в течение длительного времени, ее черная дыра могла возникнуть более традиционным способом, с массой менее ста Солнц, в результате имплозии массивной звезды.

«Зная массу черной дыры и вычисляя, как быстро она растет, мы можем просчитать назад, чтобы оценить, какой массой она могла быть при рождении», — сказал соавтор Альберто Моретти из Обсерватории Брера в Италии. «С помощью этого расчета мы теперь можем проверить различные гипотезы о том, как рождаются черные дыры».

Чтобы выяснить, как быстро растет эта черная дыра (от 300 до 3000 Солнц в год), исследователи сравнили теоретические модели с рентгеновским сигналом, или спектром, от Чандры, который дает количество рентгеновских лучей при разных энергиях. Они обнаружили, что спектр Чандры точно соответствует тому, что они ожидали от моделей черной дыры, растущей быстрее, чем предел Эдингтона. Данные из оптического и инфракрасного света также подтверждают интерпретацию, что эта черная дыра набирает вес быстрее, чем позволяет предел Эдингтона.

«Как Вселенная создала первое поколение черных дыр?» — говорит соавтор Томас Коннор, также из Центра астрофизики. «Это остается одним из самых больших вопросов в астрофизике, и этот объект помогает нам найти ответ».

Другая научная загадка, которую раскрывает этот результат, касается причины возникновения джетов из частиц, удаляющихся от некоторых черных дыр со скоростью, близкой к скорости света, как это наблюдается в RACS J0320-35. Такие джеты редко встречаются в квазарах, что может означать, что быстрый рост черной дыры каким-то образом способствует образованию этих джетов.

Квазар был ранее обнаружен в рамках радиоастрономического исследования с помощью австралийского радиотелескопа «Австралийский следопыт квадратно-километровой решетки» в сочетании с оптическими данными от «Камеры темной энергии», прибора, установленного на 4-метровом телескопе Виктора М. Бланко в Межамериканской обсерватории Серро-Тололо в Чили. Для получения точного расстояния до RACS J0320-35 был использован телескоп Джемини-Юг Национальной лаборатории оптической и инфракрасной астрономии Национального научного фонда США, расположенный на горе Серро Пачон в Чили.

Статья, в которой описаны эти результаты, была принята к публикации в The Astrophysical Journal.

Программой «Чандра» руководит Космический центр NASA имени Маршалла в Хантсвилле, штат Алабама. Рентгеновский центр «Чандры» Смитсоновской астрофизической обсерватории контролирует научные операции из Кембриджа, а полеты — из Берлингтона, штат Массачусетс.

• Черные дыры
• обсерватория Чандра