Фото предоставлено: Цзяжун Гу
Ученые обнаружили гигантскую черную дыру в ранней Вселенной, которая «спит» после того, как наполнилась слишком большим количеством еды. Подобно медведю, поглощающему лосося перед спячкой или столь необходимым вздремнуть после рождественского ужина, эта черная дыра переела до такой степени, что отдыхает в своей галактике-хозяине.
Международная группа астрономов под руководством Кембриджского университета использовала космический телескоп Джеймса Уэбба НАСА/ЕКА/ККА, чтобы обнаружить эту черную дыру в ранней Вселенной всего через 800 миллионов лет после Большого взрыва.
Черная дыра огромна — в 400 миллионов раз больше массы нашего Солнца, что делает ее одной из самых массивных черных дыр, обнаруженных Уэббом на данном этапе эволюции Вселенной. Черная дыра настолько огромна, что на ее долю приходится около 40% общей массы родительской галактики: для сравнения, большинство черных дыр в локальной вселенной имеют около 0,1% массы родительской галактики.
Но, несмотря на свои гигантские размеры, эта черная дыра поглощает или поглощает газ, необходимый для ее роста, очень медленно — примерно в 100 раз меньше, чем ее теоретический максимальный предел — и поэтому по существу неактивна.
Такая сверхмассивная черная дыра, возникшая так рано во Вселенной, но еще не растущая, бросает вызов существующим моделям формирования черной дыры. Но исследователи говорят, что наиболее вероятный сценарий заключается в том, что черные дыры проходят через короткие периоды сверхбыстрого роста, за которыми следуют длительные периоды покоя. Их результаты будут опубликованы в журнале Nature.
Когда черные дыры «вздремнут», они становятся гораздо менее яркими, что затрудняет их обнаружение даже с помощью таких высокочувствительных телескопов, как Уэбб. Черные дыры невозможно наблюдать напрямую, но их можно обнаружить по характерному свечению закрученного аккреционного диска, который формируется вблизи краев черной дыры. Газ в аккреционном диске становится чрезвычайно горячим и начинает светиться и излучать энергию в ультрафиолетовом диапазоне.
«Хотя эта черная дыра неактивна, ее огромные размеры позволили нам ее обнаружить», — сказал ведущий автор Игнас Юоджбалис из Института космологии Кавли в Кембридже. «Его спячка также позволила нам узнать о массе родительской галактики. Ранняя Вселенная сумела породить некоторых абсолютных монстров даже в относительно небольших галактиках».
Согласно стандартным моделям, черные дыры образуются из коллапсирующих остатков мертвых звезд и сросшегося вещества до предсказанного предела, называемого пределом Эддингтона, когда радиационное давление на вещество превышает гравитационное притяжение черной дыры. Однако огромный размер этой черной дыры предполагает, что стандартные модели не могут адекватно объяснить, как формируются и растут эти монстры.
«Вполне возможно, что черные дыры «рождаются большими», что может объяснить, почему Уэбб обнаружил гигантские черные дыры в ранней Вселенной», — сказал соавтор профессор Роберто Майолино из Института Кавли и Кавендишской лаборатории в Кембридже. «Но есть и другая возможность: они переживают периоды гиперактивности, за которыми следуют длительные периоды спокойствия».
Работая с коллегами из Италии, исследователи из Кембриджа провели серию компьютерных симуляций, чтобы смоделировать, как эта спящая черная дыра могла достичь таких огромных размеров на столь раннем этапе существования Вселенной. Они обнаружили, что наиболее вероятный сценарий заключается в том, что черные дыры могут превышать предел Эддингтона в течение коротких периодов времени, при этом они очень быстро растут, за которыми следуют длительные периоды бездействия: исследователи говорят, что такие черные дыры, вероятно, поедают миллионы людей от 5 до 10%. лет и спит около 100 миллионов лет.
Откройте для себя новейшие достижения науки, технологий и космоса благодаря более чем 100 000 подписчиков, которые ежедневно получают информацию от Phys.org. Подпишитесь на нашу бесплатную рассылку и получайте ежедневные или еженедельные новости о прорывах, инновациях и важных результатах исследований.
«Звучит нелогично объяснять спящую черную дыру периодами гиперактивности, но эти короткие всплески позволяют ей быстро расти, пока она большую часть времени спит», — сказал Майолино.
Поскольку периоды покоя намного длиннее, чем периоды сверхбыстрого роста, именно в эти периоды астрономы, скорее всего, откроют черные дыры. «Это был первый результат, которого я достиг в рамках своего докторского исследования, и мне потребовалось некоторое время, чтобы осознать, насколько он замечательный», — сказал Юоджбалис. «Только когда я начал говорить со своими коллегами о теоретической стороне астрономии, я смог увидеть истинное значение этой черной дыры».
Из-за своей низкой светимости астрономам труднее обнаружить спящие черные дыры, но исследователи говорят, что если черные дыры в ранней Вселенной проводили большую часть своего времени в спящем состоянии, то эта черная дыра почти наверняка является верхушкой гораздо большего айсберг.
«Вполне вероятно, что подавляющее большинство черных дыр находятся в этом спящем состоянии — я удивлен, что мы нашли эту, но я рад, что мы смогли найти гораздо больше», — сказал Майолино.
Информация от: Кембриджским университетом
