Эта черная дыра поедает вещества, в 40 раз превышающие теоретический предел
Сверхмассивная черная дыра в ранней Вселенной — самая прожорливая из всех, что мы когда-либо видели.
Она находится в центре галактики под названием LID-568, которую мы видели всего 1,5 миллиарда лет назад. после Большого взрыва, по-видимому, поглощая материал с потрясающей скоростью, более чем в 40 раз превышающей теоретический максимум, известный как предел Эддингтона.
Мы никогда не видели ничего подобного – и это открытие может помочь нам разгадать одну из величайших загадок ранней Вселенной: как сверхмассивные черные дыры становятся настолько невероятно массивными за такой короткий период времени. время после Большого взрыва.
«Эта черная дыра устраивает пир», — говорит астроном Джулия Шарвехтер из Обсерватория Джемини и NOIRLab Национального научного фонда. «Этот крайний случай показывает, что механизм быстрой подачи выше предела Эддингтона является одним из возможных объяснений того, почему мы видим эти очень тяжелые черные дыры так рано во Вселенной».
Предел Эддингтона является естественным следствием процесса питания черной дыры. Когда черная дыра активно аккумулирует большое количество материала, этот материал не падает прямо в гравитационный колодец, а сначала кружится, как вода, кружащаяся в канализации, и только материал на внутреннем крае диска пересекает горизонт и попадает в черную дыру. .
Невероятное трение и гравитация нагревают этот материальный диск до чрезвычайно высоких температур, заставляя его сверкать светом. . Но особенность света в том, что он оказывает определенное давление.
Один фотон не исчезнет сделать многое, но сияние активного аккреционного диска сверхмассивной черной дыры — совсем другое дело. В определенный момент внешнее давление излучения соответствует внутреннему гравитационному притяжению черной дыры, не позволяя материалу приблизиться. Это предел Эддингтона.
Преодоление предела Эддингтона приращения возможно. Это известно как суперэддингтоновская аккреция, во время которой черная дыра полностью разрушается, поглощая столько массы, сколько может, прежде чем радиационное давление возьмет верх. Это один из способов, которым, по мнению астрономов, сверхмассивные черные дыры на заре времен могли достигать масс, которые не поддаются простому объяснению.
Во главе с астрономом Хевоном Су из обсерватории Близнецов и NOIRLab NSF группа исследователей использовала JWST для последующих наблюдений небольшого количества галактик, идентифицированных рентгеновской обсерваторией Чандра, которые были яркими в рентгеновских лучах, но тусклыми в других длинах волн. .
Когда они добрались до LID-568, у них возникли проблемы с определением его расстояния в пространстве-времени. Галактика была очень тусклой, и ее было трудно увидеть; но, используя интегральный полевой спектрограф прибора NIRSpec компании JWST, команда определила точное положение галактики.
Отдалённое расположение LID-568 удивляет. Хотя объект выглядит тусклым с нашей точки зрения во Вселенной, его расстояние означает, что он должен быть невероятно ярким. Детальные наблюдения выявили мощные выбросы из сверхмассивной черной дыры, что является признаком аккреции, поскольку часть материала отклоняется и выбрасывается в космос.
Тщательный анализ данных показал, что сверхмассивная черная дыра относительно мала по сравнению со сверхмассивными черными дырами; всего в 7,2 миллиона раз больше массы Солнца. А количество света, производимого материалом вокруг диска, было намного, намного выше, чем могла бы произвести черная дыра такой массы. Это предполагает, что скорость прироста примерно в 40 раз превышает предел Эддингтона.
При такой скорости период Аккреция супер-Эддингтона должна быть чрезвычайно кратковременной, а это означает, что Су и ее команде очень повезло поймать его в действии. И мы ожидаем, что LID-568 станет популярной целью наблюдения для ученых, изучающих черные дыры, что позволит нам взглянуть на процессы суперэддингтона.
В свою очередь, это может помочь нам понять раннюю Вселенную. Есть данные, позволяющие предположить, что первые сверхмассивные черные дыры образовались не из коллапсирующих звезд, какими мы их знаем, а из огромных звезд и огромных сгустков газа, непосредственно коллапсирующих под действием силы тяжести. Это дало бы им фору на пути к тому, чтобы стать гигантскими черными дырами, которые мы видим сегодня во Вселенной. Всплески аккреции супер-Эддингтона могут быть еще одной частью головоломки.
«Открытие супер- Аккрецирующая черная дыра Эддингтона предполагает, что значительная часть роста массы может произойти во время одного эпизода быстрого питания, — говорит Су, — независимо от того, возникла ли черная дыра из легкого или тяжелого семени».
исследование было опубликовано в журнале Nature Astronomy.
