Созданная искусственным интеллектом визуализация аккрецирующей сверхмассивной черной дыры, окруженной газом, движущимся по спирали к черной дыре вдоль экваториальной плоскости (аккреционный диск), испуская сильные ветры материи при падении. Этот рендеринг основан на концепции художника НАСА, изображающей сверхмассивную черную дыру, масса которой в миллионы или миллиарды раз превышает массу нашего Солнца. Фото предоставлено: Эмануэла Тортоса
В статье, опубликованной в журнале Astronomy & Astrophysicals, новые результаты показывают, что сверхмассивные черные дыры с массой в несколько миллиардов солнечных масс сформировались так быстро, менее чем через миллиард лет после Большого взрыва.
В исследовании, проведенном исследователями из Национального института астрофизики (INAF), была проанализирована выборка из 21 квазара, одного из самых далеких из когда-либо обнаруженных, наблюдаемых в рентгеновском диапазоне космическими телескопами XMM-Newton и Chandra.
Результаты показывают, что сверхмассивные черные дыры в центре этих гигантских квазаров, которые впервые сформировались во время космического рассвета, возможно, достигли своих необычайных масс в результате очень быстрой и интенсивной аккреции, что дает правдоподобное объяснение их существования на ранних стадиях космической эры. Квазары создают вселенную.
Квазары — это активные галактики, питаемые центральными сверхмассивными черными дырами (известными как активные ядра галактик), которые выделяют огромное количество энергии, притягивая материю. Они чрезвычайно светящиеся и находятся далеко от нас. В частности, квазары, рассмотренные в этом исследовании, относятся к числу самых далеких объектов, когда-либо наблюдавшихся, и относятся к тому времени, когда Вселенной было меньше миллиарда лет.
В этой работе анализ рентгеновского излучения этих объектов выявил совершенно неожиданное поведение сверхмассивных черных дыр в их центрах: возникла связь между формой рентгеновского излучения и скоростью ветров выбрасываемого вещества. по квазарам.
Эта связь связывает скорость ветра, которая может достигать тысяч километров в секунду, с температурой газа в короне, области, которая излучает рентгеновские лучи ближе всего к черной дыре. Итак, оказалось, что корона связана с сильными механизмами аккреции самой черной дыры.
Квазары с низкоэнергетическим рентгеновским излучением и, следовательно, с более низкими температурами в короне демонстрируют более быстрые ветры. Это указывает на очень быструю фазу роста, превышающую физический предел накопления материи, называемый «пределом Эддингтона», поэтому эту фазу называют «супер-Эддингтоном». И наоборот, квазары с рентгеновским излучением более высокой энергии, как правило, имеют более медленные ветры.
«Наша работа предполагает, что сверхмассивные черные дыры в центре первых квазаров, образовавшихся в первый миллиард лет жизни Вселенной, возможно, на самом деле очень быстро увеличили свою массу, раздвигая границы физики», — говорит Алессия Тортоса, ведущий автор исследования. книга Исследование и исследователь в INAF в Риме.
«Открытие этой связи между рентгеновским излучением и ветром имеет решающее значение для понимания того, как такие большие черные дыры могли образоваться за такое короткое время, и, таким образом, дает конкретный ключ к разгадке одной из величайших загадок современной астрофизики».
Результат был достигнут в первую очередь за счет анализа данных, собранных космическим телескопом XMM-Newton Европейского космического агентства (ЕКА), что позволило провести около 700 часов наблюдений за квазарами.
Большая часть данных, собранных в период с 2021 по 2023 год в рамках многолетней программы XMM-Newton Heritage, возглавляемой Лукой Заппакостой, исследователем INAF в Риме, является частью проекта HYPERION, направленного на изучение сверхсветящихся квазаров во время космического рассвета. Вселенная. Обширную кампанию наблюдения возглавила группа итальянских ученых.
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.
«В программе ГИПЕРИОН мы сосредоточились на двух ключевых факторах: с одной стороны, тщательный отбор квазаров для наблюдения, то есть титанов, то есть тех, которые накопили как можно большую массу, и, с другой стороны, -глубинное изучение их свойств в рентгеновском свете, «то, что никогда раньше не предпринималось на таком большом количестве космических объектов рассвета», — говорит Лука Заппакоста, исследователь из INAF в Риме.
«Мы сорвали джекпот! Результаты, которые мы получаем, действительно неожиданны, и все они указывают на механизм роста суперэддингтоновских черных дыр».
Это исследование дает важную информацию для будущих рентгеновских миссий, таких как ATHENA (ESA), AXIS и Lynx (NASA), запуск которых запланирован на период с 2030 по 2040 год.
Полученные результаты будут полезны для дальнейшего развития инструментов наблюдения следующего поколения и определения более эффективных стратегий изучения черных дыр и активных ядер галактик в рентгеновском свете в более отдаленные космические эпохи. Это ключевые элементы для понимания формирования первых галактических структур в первичной Вселенной.
Информация от: Национальным институтом астрофизики.
