Почти в каждой галактике есть сверхмассивная черная дыра. Зверь в сердце нашей галактики содержит массу миллионов солнц, в то время как некоторые из крупнейших сверхмассивных черных дыр могут иметь массу более миллиарда солнечных. В течение многих лет считалось, что эти черные дыры со временем увеличивались в массе, достигая своих нынешних размеров только через миллиард лет или больше. Но наблюдения телескопа Уэбб показывают, что даже самые молодые галактики содержат массивные черные дыры. Так как же могли сверхмассивные черные дыры так быстро вырасти до таких размеров? Ключом к ответу могут стать мощные струи, которые могут производить черные дыры.
Хотя это кажется нелогичным, черной дыре трудно поглощать материю и расти. Гравитационное притяжение черной дыры чрезвычайно велико, но окружающее вещество с гораздо большей вероятностью окажется в ловушке на орбите вокруг гравитационной ямы, чем упадет непосредственно в нее. Чтобы войти в черную дыру, материалу необходимо достаточно замедлиться, чтобы упасть внутрь. Когда в черной дыре есть струя материала, уносящаяся из ее полярной области, эта высокоскоростная плазма может вызвать вращательное движение из окружающего материала, что позволяет ему упасть в черную дыру. По этой причине наиболее мощный рост испытывают и черные дыры с мощными джетами.
Многие быстрорастущие черные дыры в далекой Вселенной мы можем видеть как квазары или активные ядра галактик. Таким образом, мы знаем, что в средний возраст космоса многие сверхмассивные черные дыры быстро набирали массу. Одна из идей заключается в том, что самые молодые сверхмассивные черные дыры также имели активные джеты, которые позволили бы им довольно быстро набрать миллион солнечных масс или больше. Но доказать это сложно.
Проблема в том, что чрезвычайно сложно наблюдать струи самого раннего периода существования космоса. Свет тех далеких времен настолько сместился в красную область, что их некогда яркий маяк превратился в тусклый радиосвет. До этого недавнего исследования самая далекая струя, которую мы наблюдали, имела красное смещение z = 6,1, то есть она путешествовала почти 12,8 миллиардов лет, чтобы достичь нас. В этом новом исследовании команда обнаружила блазар с красным смещением z = 7,0, что означает, что он возник в то время, когда Вселенной было всего 750 миллионов лет.
Блазар возникает, когда струя сверхмассивной черной дыры направлена прямо на нас. Поскольку мы смотрим прямо на луч, мы видим его самую мощную струю. Блазары обычно позволяют нам рассчитать истинную интенсивность струи, но в этом случае красное смещение настолько сильное, что наши выводы должны быть немного более тонкими.
Одна из возможностей заключается в том, что струя этой конкретной сверхмассивной черной дыры действительно направлена прямо в нашу сторону. Исходя из этого, черная дыра растет настолько быстро, что легко могла бы набрать более миллиона солнечных масс в течение первого миллиарда лет. Но крайне редко струя черной дыры будет направлена прямо на нас с такого расстояния. По статистике, это будет означать, что существует гораздо больше ранних черных дыр, которые столь же активны и растут так же быстро. Они просто не выровнены для того, чтобы мы могли их наблюдать.
Другая возможность заключается в том, что блазар не совсем направлен в нашем направлении, но космическое расширение пространства и времени сосредоточило его энергию на нас в течение 12,9 миллиардов лет. Другими словами, благодаря релятивистской космологии блазар может казаться более энергичным, чем он есть на самом деле. Но если это так, то струя этой черной дыры менее энергична, но все же мощна. По статистике, это означает, что большинство ранних черных дыр одинаково мощны.
Итак, эта последняя работа говорит нам, что либо существовала часть ранних черных дыр, которые невероятно быстро разрастались до чудовищ, либо что большинство черных дыр росли быстро, начиная с момента, даже раньше, чем мы можем наблюдать. В любом случае ясно, что ранние черные дыры создавали джеты, и эти джеты позволили первым сверхмассивным черным дырам появиться в начале космического времени.
Ссылка: Баньядос, Эдуардо и др. «Блазар в эпоху реионизации». Природа Астрономия (2024): 1-9.
