У ранньому Всесвіті знайдена чорна діра з найшвидшим поглинанням матерії
14. листопад, 2024 в 21:52
Надмасивні чорні діри знаходяться в центрах більшості галактик і зачаровують вчених своїм величезним гравітаційним тяжінням. Однак астрофізики зі значними труднощами розуміють те, як цим чорним дірам вдавалося так швидко зростати в ранньому Всесвіті.
Про це розповідають OstanniPodii.com з посиланням на пресреліз американської Національної дослідницької лабораторії оптико-інфрачервоної астрономії (NOIRLab).
Нещодавнє дослідження під керівництвом Х'євона Су з Міжнародної обсерваторії Джеміні/NSF NOIRLab проливає світло на цю космічну загадку. Команда виявила надзвичайну низькомассову надмасивну чорну діру, названу LID-568, яка поглинає матерію з тривожною швидкістю всього через 1,5 мільярда років після Великого вибуху.
Щоб зробити це революційне відкриття, команда Су використала космічний телескоп Джеймса Вебба (JWST), дивовижний інструмент, відомий своєю неперевершеною інфрачервоною чутливістю.
JWST спостерігав вибірку галактик з архіву COSMOS рентгенівської обсерваторії Чандра. Це дослідження включає галактики, які є яскравими в рентгенівському спектрі, але раніше не були виявлені в оптичному та ближньому інфрачервоному діапазонах. Можливості Вебба дозволили дослідникам виявити ці невловні випромінювання.
LID-568 була особливо помітною у вибірці завдяки своєму інтенсивному рентгенівському випромінюванню. Проте визначити її точне місцезнаходження, спираючись лише на рентгенівські дані, було проблематично.
Команда отримала інструментальну підтримку від науковців JWST, які порекомендували використати спектрограф інтегрального поля телескопа NIRSpec. Цей інструмент забезпечив повний спектр для кожного пікселя в полі зору, що дозволило провести всебічний аналіз LID-568 та її оточення.
"Через свою слабку природу виявлення LID-568 було б неможливим без JWST. Використання спектрографа інтегрального поля було інноваційним і необхідним для отримання наших спостережень", - сказав співавтор Емануеле Фаріна, астроном з Міжнародної обсерваторії Джеміні/NSF NOIRLab.
За допомогою NIRSpec телескопа Вебба команда виявила несподівані відтоки газу біля LID-568, що є натяком на значне зростання маси за один швидкий епізод. Ці відтоки дали підказку до розуміння того, як чорна діра могла так агресивно харчуватися.
"Цей несподіваний результат додав новий вимір до нашого розуміння системи й відкрив захопливі шляхи для досліджень", - зазначив Су.
Дослідники також виявили, що LID-568 накопичує матерію з дивовижною швидкістю -- приблизно в 40 разів більшою за межу Еддінгтона.
Межа Еддінгтона описує теоретичну максимальну світність, якої може досягти чорна діра, зберігаючи баланс між внутрішнім гравітаційним притяганням і зовнішнім тиском, спричиненим матерією, що потрапляє всередину.
Спостереження такої екстремальної світності вказує на те, що всередині LID-568 розгортається щось надзвичайне.
"У цієї чорної діри бенкет", - заявила співавторка дослідження Джулія Шарвахтер, теж з Міжнародної обсерваторії Gemini/NSF NOIRLab.
"Цей екстремальний випадок показує, що механізм швидкого живлення вище межі Еддінгтона є одним з можливих пояснень того, чому ми бачимо ці дуже важкі чорні діри так рано у Всесвіті".
Відкриття LID-568 має значні наслідки для розуміння утворення й зростання чорних дір.
Сучасні теорії припускають, що надмасивні чорні діри розвиваються з початкового "насіння", утвореного або внаслідок колапсу перших зірок Всесвіту (легке насіння), або внаслідок прямого колапсу газової хмари (важке насіння). Однак до цього часу ці теорії не мали суттєвого спостережного підґрунтя.
"Відкриття супер-Еддінгтонової чорної діри, що акретує, свідчить про те, що значна частина зростання маси може відбуватися під час одного епізоду швидкого живлення, незалежно від того, чи виникла чорна діра з легкого або важкого насіння", - пояснив Су.
Це спостереження кидає виклик наявним моделям і натякає на те, що деякі чорні діри в ранньому Всесвіті могли рости швидко, далеко за межею Еддінгтона, що дозволяло їм досягати величезних розмірів за відносно короткий час.
Виявлення екстремальних темпів акреції LID-568 також відкриває двері для дослідження того, як чорним дірам вдається перевищувати межу Еддінгтона, уникаючи колапсу під тиском.
Одна з теорій полягає в тому, що потужні відтоки, які спостерігаються навколо LID-568, діють як механізм вивільнення надлишкової енергії, стабілізуючи таким чином систему. Ця ідея, якщо вона підтвердиться, може перевернути наше розуміння того, як надмасивні чорні діри витримують такі швидкі фази зростання.
Для кращого дослідження цієї динаміки команда Су планує провести подальші спостереження за допомогою JWST.