Иногда что-то идет не так, и черная дыра начинает расти быстрее, чем дозволено природой. Ученые наткнулись на такой случай.
Авторская концепция сверхмассивной черной дыры, окружающего ее диска из вещества, падающего на черную дыру, и струи, содержащей частицы, удаляющиеся со скоростью, близкой к скорости света. Эта черная дыра питает недавно открытый квазар. Новые наблюдения «Чандры» показывают, что черная дыра растет со скоростью, превышающей обычный предел Эддингтона. Фото: NASA/CXC/SAO/M. Рентгеновский снимок: NASA/CXC/INAF-Brera/Л. Игин и др.; Иллюстрация: NASA/CXC/SAO/M. Weiss; Обработка изображения: NASA/CXC/SAO/Н. ВолкИсточник: https://phys.org/
По данным группы астрономов, черная дыра в квазаре RACS J0320-35 растет с одной из самых высоких скоростей, когда-либо зарегистрированных учеными. Открытие, сделанное рентгеновской обсерваторией NASA «Чандра», может помочь объяснить, как некоторые черные дыры могли быстро достигать огромных масс после Большого взрыва.
Черная дыра весит примерно в миллиард раз больше массы Солнца и находится в 12,8 миллиардах световых лет от Земли. Это означает, что астрономы увидели ее всего через 920 миллионов лет после зарождения Вселенной. Она испускает больше рентгеновских лучей, чем любая другая наблюдаемая черная дыра, образовавшаяся за первый миллиард лет существования Вселенной.
Команда обнаружила квазар в 2023 году, но потребовались двухлетние наблюдения с помощью телескопа «Чандра» и других приборов, чтобы выяснить, что отличает объект RACS J0320-35 от других. Рентгеновские данные показывают, что черная дыра растет со скоростью, превышающей канонический предел для таких объектов.
Лукаc Игина из Центра астрофизики Гарварда и Смитсоновского института в Кембридже, штат Массачусетс, заявил, что был немного шокирован, наблюдая, как эта черная дыра «растет не по дням, а по часам». Исследование опубликовано в журнале Astrophysical Journal Letters.
Изображение квазара RACS J0320−35 в диапазоне от 200 МГц до 9 ГГц.Источник: https://iopscience.iop.org/
Когда материя притягивается к черной дыре, она нагревается и производит интенсивное излучение широкого спектра, включая рентгеновские лучи и оптический свет. Это излучение создает давление на падающий в дыру материал. Когда скорость падения вещества достигает критического значения, давление излучения уравновешивает гравитацию черной дыры. Вещество уже не может падать внутрь со скоростью, превышающей определенное значение. Этот максимум называется пределом Эддингтона. Эддингтоновский предел действует не только для черных дыр, но и для обычных звезд. Но в редких случаях равновесие по неизвестной причине нарушается, и возникает явление так называемой сверхкритической аккреции.
Ученые полагают, что черные дыры, растущие медленнее, чем позволяет предел Эддингтона, должны были родиться с массой как минимум в 10 000 солнечных или более. Тогда они могли бы достичь массы в миллиард солнечных масс в течение миллиарда лет после Большого взрыва. Но в случае с RACS J0320-35 наблюдается более интенсивный рост. Черная дыра с такой высокой массой при рождении может возникнуть не из коллапсировавшей звезды, а в результате экзотического процесса: коллапса огромного облака плотного газа, содержащего очень мало элементов тяжелее гелия.
Изображение квазара RACS J0320-35 на длине водны 2,3 и 8,4 ГГц Источник: https://iopscience.iop.org/
Зная массу черной дыры и выясняя, как быстро она растет, ученые могут вернуться к оценке того, насколько массивной она могла быть при рождении и что стало источником ее возникновения.
Чтобы выяснить, насколько быстро растет эта черная дыра (предполагается диапазон от 300 до 3000 M⊙ в год), исследователи сравнили теоретические модели с рентгеновской сигнатурой от Chandra. Спектры показывает количество рентгеновских лучей различных энергий. Было обнаружено, что спектр «Чандры» в точности соответствует ожиданиям от моделей черной дыры, растущей быстрее предела Эддингтона. Данные, полученные в оптическом и инфракрасном излучении, также подтверждают предположение о том, что эта черная дыра набирает вес быстрее, чем позволяет теория.
«Как вселенная создала первое поколение черных дыр? Это остается одним из самых больших вопросов в астрофизике. Надеюсь, что изучаемый объект поможет нам найти ответ», — заявил ученый Томас Коннор.
Еще одна научная загадка касается причины возникновения струй (джетов) частиц, вылетающих из черных дыр со скоростью, близкой к скорости света. Пример такого релятивистского джета показан на снимке RACS J0320-35. Подобные струи редки для квазаров. Возникает предположение, что быстрый темп роста черной дыры каким-то образом способствует образованию этих струй.
Квазар был обнаружен в рамках исследования с помощью радиотелескопа Australian Square Kilometer Array Pathfinder (ASKAP) в сочетании с оптическими данными Dark Energy Camera, прибора, установленного на 4-метровом телескопе Виктора Бланко в Межамериканской обсерватории Серро-Тололо в Чили. Для определения точного расстояния до RACS J0320-35 был использован телескоп Gemini-South, установленный Национальной исследовательской лабораторией оптической и инфракрасной астрономии Национального научного фонда США на Серро-Пачоне, Чили.
Автор Hi-Tech Mail