Космический телескоп Chandra позволил ученым исследовать черную дыру RACS J0320-35, расположенную в 12,8 млрд. св. лет от нас. Излучение от этого квазара в 2,4 раза превышает предел Эддингтона. Это означает, что теоретически падение вещества на него невозможно.
Гигантская черная дыра в начале существования нашей Вселенной
Черная дыра весит примерно в миллиард раз больше Солнца и расположена на расстоянии около 12,8 млрд световых лет от Земли, что означает, что астрономы видят ее лишь спустя 920 млн лет после начала существования Вселенной. Она производит больше рентгеновских лучей, чем любая другая черная дыра, наблюдаемая в течение первого миллиарда лет существования Вселенной.
Черная дыра питает то, что ученые называют квазаром, чрезвычайно ярким объектом, омрачающим целые галактики. Источником энергии этого сияющего монстра являются большие количества вещества, вращающиеся вокруг черной дыры и попадающие в нее.
Хотя та же команда открыла его два года назад, только наблюдение Chandra в 2023 году позволили обнаружить, что отличает этот квазар, RACS J0320-35, от других. Данные рентгеновского излучения показывают, что черная дыра, кажется, растет со скоростью, превышающей нормальный лимит для таких объектов.
Предел Эддингтона
Когда вещество притягивается к черной дыре, нагревается и излучает интенсивное излучение в широком спектре, включая рентгеновские лучи и оптический свет. Это излучение создает давление на падающее вещество. Когда скорость падения вещества достигает критического значения, давление излучения уравновешивает гравитацию черной дыры и вещество не может падать внутрь быстрее. Эта максимальная величина называется пределом Эддингтона.
Ученые считают, что черные дыры, растущие медленнее, чем предел Эддингтона, должны рождаться с массой около 10 000 солнц или более, чтобы они могли достичь миллиарда солнечных масс в течение миллиарда лет после Большого взрыва, как это зафиксировано в RACS J0320-35. Черная дыра с такой высокой массой при рождении может быть прямым результатом экзотического процесса: коллапса огромного облака плотного газа, содержащего чрезвычайно малое количество элементов тяжелее гелия — условий, которые могут быть чрезвычайно редкими.
Если RACS J0320-35 действительно растет с высокой скоростью — по оценкам, в 2,4 раза превышает предел Эддингона — и делает это в течение длительного времени, ее черная дыра могла возникнуть более традиционным способом, с массой менее ста солнечных, вследствие имплозии массивной звезды.
Chandra раскрывает научные загадки
Чтобы выяснить, как быстро растет эта черная дыра (от 300 до 3000 солнц в год), исследователи сравнили теоретические модели с рентгеновским сигналом или спектром от Chandra, показывающего количество рентгеновских лучей при различных энергиях. Наблюдения показали, что спектр Chandra почти полностью соответствует моделям черной дыры, которая растет быстрее, чем позволяет предел Эддингтона. Эту интерпретацию дополнительно подтвердили данные в оптическом и инфракрасном диапазонах, которые также указывают на чрезвычайно быстрое нарастание массы черной дыры.
«Как Вселенная создала первое поколение черных дыр? — спросил соавтор исследования Томас Коннор из Центра астрофизики. — Это остается одним из самых больших вопросов в астрофизике, и этот объект помогает нам найти ответ».
Другая научная загадка, раскрывающая этот результат, касается причины возникновения струй частиц, удаляющихся от некоторых черных дыр со скоростью, близкой к скорости света, как это наблюдается в RACS J0320-35. Такие струи редко встречаются в квазарах, что может означать, что быстрый рост черной дыры каким-то образом способствует образованию этих струй.
Квазар был ранее обнаружен в рамках радиоастрономического исследования с помощью австралийского радиотелескопа Square Kilometer Array Pathfinder в сочетании с оптическими данными из камеры Dark Energy Camera, устройства, установленного на 4-метровом телескопе Victor M. Blanco в Межамериканской обсерватории Серро-Толо. Для точного расстояния до RACS J0320-35 был использован телескоп Gemini-South Национальной лаборатории оптической и инфракрасной астрономии Национального научного фонда США, расположенный на горе Серро Пачон в Чили.
По материалам phys.org
