Масса черной дыры как функция красного смещения (в логарифмическом масштабе) и возраста Вселенной. Масса черной дыры, полученная для GN-z11, показана большим золотым символом. Фото: arXiv (2023). DOI: 10.48550/arxiv.2305.12492.
Исследователи обнаружили самую старую из когда-либо наблюдаемых черных дыр, датируемую зарождением Вселенной, и обнаружили, что она «поедает» свою родительскую галактику до смерти.
Международная группа под руководством Кембриджского университета использовала космический телескоп имени Джеймса Уэбба НАСА/ЕКА/ККА (JWST) для обнаружения черной дыры, которая возникла спустя 400 миллионов лет после Большого взрыва, то есть более 13 миллиардов лет назад. Результаты, которые, по словам ведущего автора, профессора Роберто Майолино, являются «гигантским скачком вперед», опубликованы в журнале Nature.
Тот факт, что эта удивительно массивная черная дыра — в несколько миллионов раз больше массы нашего Солнца — существует на столь раннем этапе существования Вселенной, бросает вызов нашим предположениям о том, как черные дыры формируются и растут. Астрономы полагают, что сверхмассивные черные дыры, обнаруженные в центрах галактик, таких как Млечный Путь, выросли до своих нынешних размеров в течение миллиардов лет. Но размер этой недавно открытой черной дыры предполагает, что они могут образовываться по-другому: они могут «родиться большими» или могут поедать материю со скоростью, которая в пять раз выше, чем считалось возможным.
Согласно стандартным моделям, сверхмассивные черные дыры образуются из остатков мертвых звезд, которые коллапсируют и могут образовать черную дыру, примерно в сто раз превышающую массу Солнца. Если бы она росла ожидаемым образом, этой недавно обнаруженной черной дыре потребовалось бы около миллиарда лет, чтобы вырасти до наблюдаемого размера. Однако Вселенной еще не исполнилось миллиарда лет, когда была обнаружена эта черная дыра.
Галактика GN-z11, в центре которой космический телескоп Джеймса Уэбба обнаружил старейшую из когда-либо обнаруженных черных дыр.
«Во Вселенной еще очень рано видеть такую огромную черную дыру, поэтому нам нужно рассмотреть другие способы ее формирования», — сказал Майолино из Кембриджской Кавендишской лаборатории и Института космологии Кавли. «Очень ранние галактики были чрезвычайно богаты газом, поэтому они были своего рода буфетом для черных дыр».
Как и все черные дыры, эта молодая черная дыра поглощает материал из своей родительской галактики, чтобы стимулировать свой рост. Тем не менее, обнаружено, что эта древняя черная дыра поглощает материю гораздо энергичнее, чем ее собратья в более поздние эпохи.
Молодая родительская галактика под названием GN-z11 светится от такой энергичной черной дыры в своем центре. Черные дыры невозможно наблюдать напрямую, но вместо этого они обнаруживаются по характерному свечению вращающегося аккреционного диска, который образуется вблизи краев черной дыры. Газ в аккреционном диске становится чрезвычайно горячим и начинает светиться и излучать энергию в ультрафиолетовом диапазоне. Благодаря этому сильному свечению астрономы могут обнаруживать черные дыры.
Первое изображение черной дыры – или, по крайней мере, света, окружающего ее тьму – в центре галактики Мессье 87.
GN-z11 — компактная галактика, примерно в сто раз меньше Млечного Пути, но черная дыра, скорее всего, мешает ее развитию. Когда черные дыры поглощают слишком много газа, они отталкивают его, как сверхбыстрый ветер. Этот «ветер» может остановить процесс звездообразования, медленно убивая галактику, но он также убьет и саму черную дыру, поскольку он также отрежет для нее источник «пищи».
Майолино говорит, что гигантский скачок вперед, осуществленный JWST, делает этот период самым захватывающим в его карьере. «Это новая эра: гигантский скачок в чувствительности, особенно в инфракрасном диапазоне, подобен переходу от телескопа Галилея к современному телескопу за одну ночь», — сказал он. «До того, как Уэбб появился в сети, я думал, что, возможно, Вселенная не так интересна, если выйти за рамки того, что мы могли видеть с помощью космического телескопа Хаббл. Но это было совсем не так: Вселенная была довольно щедра на то, что она есть. показываем нам, и это только начало».
Майолино говорит, что чувствительность JWST означает, что в ближайшие месяцы и годы могут быть обнаружены еще более старые черные дыры. Майолино и его команда надеются использовать будущие наблюдения JWST, чтобы попытаться найти более мелкие «зародыши» черных дыр, что может помочь им разобраться в различных способах формирования черных дыр: начинаются ли они с больших размеров или быстро растут.
Информация от: Кембриджским университетом
