Эта загадочная черная дыра на заре времен весила миллиард солнц

Обнаруженная в Космическом Рассвете черная дыра слишком велика, чтобы ее можно было легко объяснить. Расположенная в центре галактики J1120+0641, она имеет массу, превышающую миллиард Солнц.

Сегодня вокруг нас существуют более крупные черные дыры. Проблема в том, когда существовал J1120+0641. Менее чем через 770 миллионов лет после Большого взрыва трудно понять, как черная дыра успела набрать такую ​​большую массу.

Мы знаем о галактике и ее перенасыщенной черной дыре больше. прошло более десяти лет, и у ученых были идеи о том, как это произошло. Теперь наблюдения с использованием JWST опровергли одно из этих представлений. По всем принятым меркам J1120+0641 выглядит «шокирующе нормальным», оставляя открытыми более экзотические объяснения увеличения веса черной дыры.

Об открытии J1120+0641 было объявлено еще в 2011 году, и для некоторых В течение многих лет она оставалась самой далекой известной квазарной галактикой. На самом деле это были хорошие несколько лет. Насколько нам было известно, J1120+0641 был исключением, и одно из возможных объяснений его размера все еще оставалось открытым.

Квазарные галактики — это галактики, в центре которых есть сверхмассивная черная дыра, питающаяся с огромной скоростью. Они окружены огромным облаком газа и пыли, которое они поглощают так быстро, как только могут. Трение и гравитация вокруг черной дыры нагревают материал, заставляя его ярко сиять.

Но скорость, с которой может питаться черная дыра, не безгранична. Максимальная стабильная скорость определяется пределом Эддингтона, за пределами которого нагретый материал сияет так ярко, что давление излучения превышает гравитационное притяжение, отталкивая материал и не оставляя черной дыре ничего, чем она могла бы питаться.

Теперь Черные дыры могут ненадолго войти в аккрецию супер-Эддингтона, где они преодолеют этот предел и поглотят столько материала, сколько смогут, прежде чем начнет действовать радиационное давление. Это одно из возможных объяснений черной дыры в центре J1120 + 0641. и, поскольку мы находим их в большем количестве, другие большие черные дыры, скрывающиеся в начале Вселенной.

Чтобы искать признаки суперэддингтоновской аккреции, астрономам нужны были данные достаточного разрешения, чтобы выполнить исследование. подробный анализ света галактики в поисках признаков, связанных с экстремальными процессами. А для этого нам нужен был JWST, самый мощный космический телескоп из когда-либо созданных, оптимизированный для наблюдения за далекими уголками пространства и времени.

JWST наблюдал галактику в начале 2023 года, и команда под руководством астронома Сары Босман из Астрономического института Макса Планка в Германии разделил собранный им свет, чтобы каталогизировать свойства материала вокруг черной дыры: огромный тор пыли на окраине и светящийся диск, кружащийся вокруг и питающийся черной дырой.

Этот анализ показывает, что черная дыра на самом деле питается вполне нормально – в ее аккреции нет ничего, что существенно отличалось бы от других, более поздних квазарных галактик.

Одно из возможных объяснений этих гигантов Черные дыры заключаются в том, что избыток пыли заставил астрономов переоценить их массы. И все же нет никаких признаков дополнительной пыли.

Это означает, что J1120+0641 является тем, чем кажется: вполне нормальной квазарной галактикой с черной дырой, которая не поглощает материал на сверхвысокой скорости. -высокий уровень. Черная дыра и способ ее питания уже были относительно зрелыми к тому времени, когда мы ее наблюдали, то есть через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва.

«В целом, новые наблюдения только усугубляют загадку: Ранние квазары были шокирующе нормальными», — говорит Босман. «Независимо от того, на каких длинах волн мы их наблюдаем, квазары почти идентичны во все эпохи существования Вселенной».

Это означает, что суперэддингтоновская аккреция не является решением проблемы роста загадочно массивных черных дыр на планете. на заре времен.

Другое ведущее объяснение состоит в том, что черные дыры изначально образовались из довольно крупных «семен». Эта теория предполагает, что черные дыры образовались в результате коллапса сгустков материи или даже чрезвычайно огромных звезд, масса которых в сотни тысяч раз превышает массу Солнца, а не в результате медленного, постепенного процесса, происходящего из чего-то размером со звезду. рост является преимуществом.

Поскольку мы находим все больше и больше этих чудовищ, скрывающихся в тумане в начале Вселенной, это представление кажется менее странным и больше похоже на лучшее из возможных объяснений, которые у нас есть для этой загадочной эпоха в истории нашей Вселенной.

Исследование опубликовано в журнале Nature Astronomy.