Космічний телескоп Chandra дозволив науковцям дослідити чорну діру RACS J0320-35, розташовану за 12,8 млрд св. років від нас. Випромінювання від цього квазара у 2,4 раза перевищує межу Еддінгтона. Це означає, що теоретично падіння речовини на нього є неможливим.
Гігантська чорна діра на початку існування нашого Всесвіту
Чорна діра важить приблизно в мільярд разів більше за Сонце і розташована на відстані близько 12,8 млрд світлових років від Землі, що означає, що астрономи бачать її лише через 920 млн років після початку існування Всесвіту. Вона виробляє більше рентгенівських променів, ніж будь-яка інша чорна діра, спостережувана впродовж першого мільярда років існування Всесвіту.
Чорна діра живить те, що вчені називають квазаром, надзвичайно яскравим об’єктом, який затьмарює цілі галактики. Джерелом енергії цього сяючого монстра є великі кількості речовини, що обертаються навколо чорної діри й потрапляють у неї.
Хоча та сама команда відкрила його два роки тому, лише спостереження Chandra 2023 року дозволили виявити, що вирізняє цей квазар RACS J0320-35 з-поміж інших. Дані рентгенівського випромінювання показують, що ця чорна діра, здається, росте зі швидкістю, яка перевищує нормальний ліміт для таких об’єктів.
Межа Еддінгтона
Коли речовина притягується до чорної діри, вона нагрівається і випромінює інтенсивне випромінювання в широкому спектрі, включаючи рентгенівські промені та оптичне світло. Це випромінювання створює тиск на речовину, що падає. Коли швидкість падіння речовини досягає критичного значення, тиск випромінювання врівноважує гравітацію чорної діри, й речовина не може падати всередину швидше. Ця максимальна величина називається межею Еддінгтона.
Науковці вважають, що чорні діри, які ростуть повільніше, ніж межа Еддінгтона, мають народжуватися з масою близько 10 000 сонць або більше, щоб вони могли досягти мільярда сонячних мас протягом мільярда років після Великого вибуху — як це зафіксовано у випадку RACS J0320-35. Чорна діра з такою високою масою при народженні може бути прямим результатом екзотичного процесу: колапсу величезної хмари щільного газу, що містить надзвичайно малу кількість елементів, важчих за гелій, — умов, які можуть бути надзвичайно рідкісними.
Якщо RACS J0320-35 справді росте з високою швидкістю — за оцінками, в 2,4 раза перевищує межу Еддінгтона — і робить це протягом тривалого часу, її чорна діра могла виникнути більш традиційним способом, з масою менш ніж сто сонячних, внаслідок імплозії масивної зорі.
Chandra розкриває наукові загадки
Щоб з’ясувати, як швидко зростає ця чорна діра (від 300 до 3000 сонць на рік), дослідники порівняли теоретичні моделі з рентгенівським сигналом, або спектром, від Chandra, який показує кількість рентгенівських променів за різних енергій. Спостереження показали, що спектр Chandra майже повністю відповідає моделям чорної діри, яка зростає швидше, ніж дозволяє межа Еддінгтона. Цю інтерпретацію додатково підтвердили дані в оптичному та інфрачервоному діапазонах, які також вказують на надзвичайно швидке наростання маси чорної діри.
«Як Всесвіт створив перше покоління чорних дір? — запитав співавтор дослідження Томас Коннор, із Центру астрофізики. — Це залишається одним із найбільших питань в астрофізиці, і цей об’єкт допомагає нам знайти відповідь».
Інша наукова загадка, яку розкриває цей результат, стосується причини виникнення струменів частинок, що віддаляються від деяких чорних дір зі швидкістю, близькою до швидкості світла, як це спостерігається в RACS J0320-35. Такі струмені рідко зустрічаються у квазарах, що може означати, що швидке зростання чорної діри якимось чином сприяє утворенню цих струменів.
Квазар був раніше виявлений у межах радіоастрономічного дослідження за допомогою австралійського радіотелескопа Square Kilometer Array Pathfinder у поєднанні з оптичними даними з камери Dark Energy Camera, приладу, встановленого на 4-метровому телескопі Victor M. Blanco в Міжамериканській обсерваторії Серро-Тололо в Чилі. Для отримання точної відстані до RACS J0320-35 використали телескоп Gemini-South Національної лабораторії оптичної та інфрачервоної астрономії Національного наукового фонду США, розташований на горі Серро Пачон у Чилі.
За матеріалами phys.org
