Супермасивна чорна дірка в ранньому Всесвіті є найпрагучішою з усіх, які ми коли-небудь бачили.
Вона розташована в центрі галактики, званої LID-568, і була виявлена всього через 1,5 мільярда років після Великого вибуху, вражаючи своїм швидкісним поглинанням матеріалу на вражаючій швидкості, яка перевищує теоретичний максимум, відомий як межа Еддінгтона, більш ніж у 40 разів.
Ми ніколи не бачили нічого подібного, і це відкриття може допомогти нам розгадати одну з найбільших загадок раннього Всесвіту: як супермасивні чорні дірки стають настільки величезними за такий короткий період часу після Великого вибуху.
“Ця чорна дірка влаштувала бенкет”, — говорить астроном Юлія Шарвехтер з обсерваторії Gemini та NOIRLab NSF. “Цей екстремальний випадок показує, що швидкий механізм поглинання вище межі Еддінгтона є одним із можливих пояснень, чому ми бачимо ці дуже важкі чорні діри так рано в історії Всесвіту”.
Межа Еддінгтона є природним наслідком процесу поглинання чорної діри. Коли чорна діра активно поглинає великі обсяги матеріалу, цей матеріал не падає безпосередньо в гравітаційну яму, а спочатку закручується, як вода, що обертається в зливі, і лише матеріал на внутрішньому краю диска переходить через горизонт у чорну діру.
Неймовірна кількість тертя і гравітації нагріває цей диск матеріалу до надзвичайно високих температур, змушуючи його світитися. Але справа в тому, що світло створює певний тиск.
Один фотон не зробить багато, але світіння активного диска акреції супермасивної чорної діри – це зовсім інша справа. В певний момент зовнішній тиск випромінювання дорівнює внутрішньому гравітаційному тяжінню чорної діри, що перешкоджає переміщенню матеріалу ближче. Це і є межа Еддінгтона.
Порушення межі Еддінгтона можливе. Це відомо як супер-Еддінгтонська акреція, під час якої чорна діра поглинає максимально можливу масу, перш ніж тиск випромінювання стане домінуючим. Це один із способів, якими астрономи вважають, що супермасивні чорні діри на зорі часу можуть досягати мас, які важко пояснити.
Група дослідників на чолі з астрономом Хьон Вон Су з обсерваторії Gemini та NOIRLab NSF використовувала JWST для проведення подальших спостережень ряду галактик, виявлених рентгенівською обсерваторією Чандра, які були яскравими в рентгенівському діапазоні, але тьмяними в інших довжинах хвиль.
Коли вони дісталися до LID-568, вони мали труднощі з визначенням її відстані в просторово-часовій структурі. Галактика була дуже тьмяною і дуже важко видимою; але, використовуючи інтегральний полевий спектрограф на інструменті NIRSpec JWST, команда сфокусувалася на точному положенні галактики.
Віддалене розташування LID-568 є дивним. Хоча об’єкт тьмяний з нашої позиції у Всесвіті, його відстань означає, що він повинен бути надзвичайно яскравим. Детальні спостереження виявили потужні викиди з супермасивної чорної діри, що є ознакою акреції, оскільки частина матеріалу відхиляється і вивергається в космос.
Детальний аналіз даних показав, що супермасивна чорна діра є відносно невеликою, порівняно з іншими супермасивними чорними дірами; вона важить всього 7,2 мільйона мас Сонця. І кількість світла, що виробляється матеріалом навколо диска, була значно вищою, ніж чорна діра такої маси мала б змогу виробляти. Це свідчить про швидкість акреції, що в 40 разів перевищує межу Еддінгтона.
При такій швидкості період супер-Еддінгтонської акреції повинен бути надзвичайно коротким, що означає, що Су та її команда були вкрай щасливі, що змогли зафіксувати його в дії. І ми очікуємо, що LID-568 стане популярною ціллю спостереження для науковців чорних дір, надаючи нам рідкісний погляд на супер-Еддінгтонські процеси.
Це, у свою чергу, може допомогти нам зрозуміти ранній Всесвіт. Існують свідчення, що перші супермасивні чорні діри виникли не з колапсуючих зірок, як ми їх знаємо, а з величезних зірок та великих скупчень газу, які безпосередньо колапсували під впливом гравітації. Це дало б їм перевагу в процесі перетворення на ті гігантські чорні діри, які ми спостерігаємо у Всесвіті сьогодні. Вибухи супер-Еддінгтонської акреції можуть бути ще одним елементом в цій головоломці.
“Відкриття чорної діри з супер-Еддінгтонською акрецією свідчить про те, що значна частина зростання маси може відбуватися під час одного епізоду швидкого поглинання,” — говорить Су, “незалежно від того, чи походила чорна діра з легкого чи важкого насіння.”
Джерела:
Попередньо стаття була опублікована на ScienceAlert з посиланням на Nature Astronomy..