Существует невероятно древняя черная дыра, которая заставляет астрономов объяснить, как она могла существовать всего через 400 миллионов лет после Большого взрыва. Это сердце галактики под названием GN-z11. Астрономы, использующие JWST, увидели доказательства того, что она поглощает эту галактику, что является одним из способов роста черной дыры.
По наблюдениям JWST, GN-z11 находится на расстоянии около 13,4 миллиардов световых лет и примерно в 100 раз меньше галактики Млечный Путь. Тем не менее, у него очень яркое ядро, что говорит нам о том, что в его сердце находится черная дыра. Аккреционный диск окружает черную дыру и подает материал в голодную черную дыру. Движение материала в диске нагревает его, заставляя светиться в ультрафиолетовом свете. Это то, что мы видим как активное галактическое ядро.
Команда астрономов под руководством профессора Кембриджского университета Роберто Майолино использовала наблюдения JWST для изучения движения материала в галактике. По его словам, обнаружение такой черной дыры на ранних этапах космической истории является гигантским скачком вперед. «Во Вселенной еще очень рано наблюдать такую огромную черную дыру, поэтому нам нужно рассмотреть другие способы их формирования», — сказал Майолино. «Очень ранние галактики были чрезвычайно богаты газом, поэтому они были своего рода буфетом для черных дыр».
Что GN-z11 говорит нам о черных дырах в ранней Вселенной?
Никто точно не знает, когда именно в ранней Вселенной начали формироваться первые черные дыры. Если вы посмотрите на стандартные модели об их создании, похоже, что для их запуска требуется некоторое время. Сверхмассивные черные дыры, подобные тем, что находятся в сердцах галактик, могли возникнуть как черные дыры звездной массы, которые продолжают накапливать материю. Если бы эта звезда в GN-z11 возникла именно так, она бы родилась, когда умерла сверхмассивная звезда. Затем каким-то образом она выросла до массы Солнца в 6 миллионов раз. Но есть одна загвоздка. Чтобы накопить такую массу, потребуется почти миллиард лет. Наблюдения JWST показывают эту черную дыру в то время, когда Вселенной не было и миллиарда лет. Итак, что-то не складывается, и, возможно, ранние черные дыры росли быстрее, чем предполагают астрономы.
Возможно, есть другой способ, которым черная дыра может расти так быстро. Подсказка кроется в его огромном аппетите. Очень ранние галактики, подобные этой, содержат много материала для формирования звезд. Однако это также обеспечивает пищу для черных дыр. Как оказалось, черная дыра GN-z11 пожирает материю гораздо быстрее, чем другие черные дыры в своих галактиках в более современное время. Это хорошо для роста черной дыры, но не так хорошо, если галактика хочет создать больше звезд.
Голодная черная дыра на самом деле вредит GN-z11. Поскольку он потребляет много газа, он отбрасывает его сверхбыстрым ветром. Это останавливает процесс звездообразования. Поскольку звезды — это то, что производят галактики, поглощение черной дыры может фактически «убить» галактику. Плохая новость (по крайней мере, для черной дыры) заключается в том, что ее жажда газа приведет к ее гибели, поскольку у нее закончится материал для еды.
Возвращаясь к началу
В конечном счете, астрономы хотят увидеть «семена» самых ранних сверхмассивных черных дыр в галактиках. Эти семена, вероятно, сформировались очень рано в космическом времени, возможно, не позднее, чем через 200 миллионов лет после Большого взрыва. Первые галактики сформировались довольно быстро и содержали очень массивные звезды, которые жили, возможно, всего несколько миллионов лет. Затем они взорвались как сверхновые и, вероятно, оставили после себя первые черные дыры звездной массы. Некоторые предполагают, что темная материя способствовала образованию ранних черных дыр, заставляя материю в плотных областях коллапсировать.
Однако, когда они образовались, черные дыры в ранних галактиках были поглощены ранними галактическими слияниями. Эти семена тоже слились, создав еще более массивные черные дыры. Вероятно, поэтому астрономы подозревают, что сверхмассивные черные дыры росли путем аккреции, а не только друг с другом. Они также выросли за счет аккреции материала внутри своих богатых газом галактик, как, по-видимому, показывает GN-z11.
Будущие наблюдения с использованием JWST (и будущих телескопов) должны обнаружить доказательства существования этих «семен» черных дыр. Это означает, что GN-z11, возможно, недолго останется самой старой черной дырой. Изучение семян черных дыр должно дать Майолино и другим астрономам больше ключей к разгадке истории того, как эти объекты образовались вскоре после Большого взрыва.
Для дополнительной информации
Астрономы обнаружили старейшую из когда-либо наблюдавшихся черных дыр
Маленькая и энергичная черная дыра в ранней Вселенной
Маленькая и энергичная черная дыра в ранней Вселенной (arXiv PDF)
