На иллюстрации этого художника изображена галактика-красный карлик из ранней Вселенной, в центре которой находится быстрорастущая черная дыра. Используя данные JWST и рентгеновской обсерватории Чандра НАСА, группа астрономов Национального научного фонда США NOIRLab обнаружила эту маломассивную черную дыру в центре галактики всего через 1,5 миллиарда лет после Большого взрыва. Он накапливает материю с феноменальной скоростью – более чем в 40 раз превышающей теоретический предел. Хотя «празднование» этой черной дыры было недолгим, оно могло бы помочь астрономам объяснить, как сверхмассивные черные дыры так быстро росли в ранней Вселенной. Фото предоставлено: NOIRLab/NSF/AURA/J. да Силва/М. Замани
Сверхмассивные черные дыры существуют в центре большинства галактик, и современные телескопы продолжают наблюдать их на удивительно ранних этапах эволюции Вселенной.
Трудно понять, как эти черные дыры могли так быстро вырасти до таких размеров. Но с открытием сверхмассивной черной дыры малой массы, питающейся материалом с экстремальной скоростью всего через 1,5 миллиарда лет после Большого взрыва, астрономы теперь получили ценную новую информацию о механизмах быстро растущих черных дыр в ранней Вселенной.
LID-568 была открыта межинституциональной командой астрономов под руководством астронома Хевон Су из Международной обсерватории Близнецов и NSF NOIRLab. Они использовали космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) для наблюдения за выборкой галактик из обзора COSMOS Legacy рентгеновской обсерватории Чандра.
Эта популяция галактик очень ярка в рентгеновской области спектра, но невидима в оптическом и ближнем инфракрасном диапазоне. Уникальная чувствительность JWST к инфракрасному излучению позволяет обнаруживать эти слабые встречные излучения.
LID-568 выделялся среди образца своим интенсивным рентгеновским излучением, но его точное местоположение не удалось определить только на основе рентгеновских наблюдений, что вызывало опасения по поводу правильного центрирования цели в поле зрения JWST.
Поэтому ученые из отдела приборной поддержки JWST предложили команде Су использовать интегральный полевой спектрограф на NIRSpec JWST вместо традиционной щелевой спектроскопии. Этот инструмент может захватывать спектр для каждого пикселя в поле зрения прибора и не ограничивается узким срезом.
«Из-за его слабости обнаружение LID-568 было бы невозможно без JWST. Использование спектрографа интегрального поля было инновационным и необходимым для наших наблюдений», — говорит Эмануэле Фарина, астроном Международной обсерватории Джемини/NSF NOIRLab и соавтор статьи «Супер-Эддингтоновская аккрецирующая черная дыра ~1,5 миллиарда лет после Большой Взрыв наблюдался с помощью JWST», опубликованном в журнале Nature Astronomy.
NIRSpec JWST позволил команде получить полное представление о цели и окружающей ее области, что привело к неожиданному открытию сильных истечений газа вокруг центральной черной дыры. Скорость и величина этих оттоков привели команду к выводу, что значительная часть роста массы LID-568 могла произойти в течение одного эпизода быстрой аккреции.
«Этот удивительный результат добавил новое измерение к нашему пониманию системы и открыл захватывающие возможности для исследований», — говорит Су.
Сделав ошеломляющее открытие, Су и ее команда обнаружили, что LID-568, по-видимому, питается материей со скоростью, в 40 раз превышающей предел Эддингтона. Этот предел относится к максимальной светимости, которую может достичь черная дыра, а также к тому, насколько быстро она может поглощать материю, чтобы ее внутренняя гравитационная сила и внешнее давление создавались теплом сжатой, падающей материи и оставались в равновесии.
Когда было рассчитано, что светимость LID-568 намного выше теоретически возможной, команда поняла, что их данные содержат что-то примечательное.
«Эта черная дыра устраивает вечеринку», — говорит астроном и соавтор Джулия Шарвехтер из Международной обсерватории Близнецов/NSF NOIRLab.
«Этот крайний случай показывает, что механизм быстрой подачи выше предела Эддингтона является одним из возможных объяснений того, почему мы видим эти очень тяжелые черные дыры так рано во Вселенной».
На иллюстрации этого художника изображена быстрорастущая черная дыра, извергающая мощные потоки газа. Используя данные JWST и рентгеновской обсерватории Чандра НАСА, группа астрономов Национального научного фонда США NOIRLab обнаружила эту маломассивную черную дыру в центре галактики всего через 1,5 миллиарда лет после Большого взрыва. Он накапливает материю с феноменальной скоростью – более чем в 40 раз превышающей теоретический предел. Хотя «празднование» этой черной дыры было недолгим, оно могло бы помочь астрономам объяснить, как сверхмассивные черные дыры так быстро росли в ранней Вселенной. Фото предоставлено: NOIRLab/NSF/AURA/J. да Силва/М. Замани
Эти результаты дают новое представление об образовании сверхмассивных черных дыр из более мелких «семен» черных дыр, которые, согласно современным теориям, возникают либо в результате смерти первых звезд Вселенной (легкие семена), либо в результате прямого коллапса газовых облаков. тяжелые семена). Пока эти теории не получили наблюдательного подтверждения.
«Открытие аккрецирующей черной дыры супер-Эддингтона предполагает, что значительный рост массы может произойти во время одного эпизода быстрого питания, независимо от того, возникла ли черная дыра из легкого или тяжелого семени», — говорит Су.
Открытие LID-568 также показывает, что черная дыра может превысить свой предел Эддингтона, предоставляя астрономам первую возможность изучить, как это происходит.
Вполне возможно, что сильные оттоки, наблюдаемые в LID-568, действуют как выпускной клапан для избыточной энергии, генерируемой экстремальной аккрецией, не позволяя системе стать слишком нестабильной. Для дальнейшего изучения механизмов команда планирует последующие наблюдения с помощью JWST.
Информация от: Ассоциацией университетов астрономических исследований.
