RW Space

Вглядываясь в ранние годы существования Вселенной, ученые должны сделать множество предположений. Но иногда мы получаем более совершенные инструменты, которые затем позволяют либо подтвердить, либо заменить эти предположения.

Это произошло недавно, когда дело дошло до нашего исследования J0529, сверхмассивной черной дыры, которая в настоящее время является самым ярким известным квазаром во Вселенной.

В новой статье огромной группы исследователей использовался инструмент GRAVITY+ на интерферометре Очень Большого Телескопа (VLT) Европейской Южной Обсерватории (ESO). чтобы нанести на карту область широкой линии (BLR) этого уникального объекта и таким образом вычислить новую, обновленную массу, которая в 10 раз меньше, чем предыдущие оценки.

По теме: Ученые обнаружили гигантскую черную дыру, растущую в 2,4 раза быстрее, чем теоретический предел

Для сравнения: эта масса по-прежнему в 800 миллионов раз превышает массу нашего Солнца. Но почему такое огромное расхождение между первоначальной оценкой массы Солнца в 10 миллиардов солнечных масс и новой?

Более совершенная технология, в данном случае интерферометр VLT, опровергла распространенное предположение, сделанное первоначальной исследовательской группой, обнаружившей J0529, и которое имеет более важные последствия для нашего понимания размеров черных дыр, особенно на ранних этапах существования Вселенной.

Раньше стандартным способом расчета массы черной дыры было приближение ее путем взятия квадрата орбитальной скорости аккреционного диска, окружающего черную дыру, и умножения его на расстояние до черной дыры.

Когда в 2024 году был открыт J0529, исследователи знали расстояние — около 12,5 миллиардов световых лет, когда самой Вселенной было всего 1,5 миллиарда лет. И они думали, что смогут измерить орбитальную скорость аккреционного диска, измерив ширину его эмиссионных линий.

Эмиссионные линии — это спектральный сигнал, исходящий от света, излучаемого перегретым газом и пылью в аккреционном диске.

Стандартный расчет их орбитальной скорости основан на фундаментальном предположении, что чем «более широкая» эмиссионная линия, тем быстрее вращается газ. Он будет широким, потому что будет отражать материал, который движется как к нам (синее смещение), так и от нас (красное смещение).

Чем быстрее он движется, тем больше смещаются линии, отсюда и «более широкий» профиль в данных. Поскольку J0529 имел чрезвычайно широкую линию излучения, предполагалось, что газ должен двигаться быстро, и, следовательно, сверхмассивная черная дыра в ее центре должна быть чрезвычайно большой, чтобы газ мог двигаться так быстро.

Используя инструмент GRAVITY+, который действует как интерферометр и значительно увеличивает наблюдательную мощность VLT за счет объединения света всех четырех 8-метровых телескопов в один «виртуальный», исследователи смогли напрямую увидеть область широкой линии (BLR) вокруг J0529 — область облаков, вращающихся вокруг сверхмассивной черной дыры.

На этом изображении они увидели массивную струю газа, вылетающую из черной дыры со скоростью 10 000 км/с. Это может показаться нелогичным, поскольку обычно считается, что черные дыры поглощают все вокруг себя, и ничто не ускользает.

Однако их гравитационное притяжение может вызвать огромные разрушения в материале аккреционного диска, так что, прежде чем материал сможет войти в горизонт событий черной дыры, он выбрасывается с поразительной скоростью.

И поскольку скорость, с которой вращается аккреционный диск, черная дыра является основным компонентом вычислив свою массу, такие струи также могут исказить измерения массы родительской черной дыры.

Именно это произошло в случае J0529. Джет со скоростью 10 000 км/с значительно расширил спектральные линии, которые наблюдали первоначальные исследователи, и они предположили, что чрезвычайно широкие линии, исходящие от J0529, были вызваны экстремальными орбитальными скоростями, а не потоками, которые не имеют никакого отношения к массе черной дыры.

Как только потоки были пространственно обнаружены, исследователи смогли вычесть их значение из спектральных линий и пересчитать массу J0529, в результате чего масса составила всего около 10% от первоначальной оценки. Но опять же, для сравнения: J0529 по-прежнему в 800 миллионов раз больше нашего Солнца.

Исследование также предоставляет некоторые дополнительные доказательства некоторых сложных проблем астрофизики, например, того, как сверхмассивные черные дыры могут вырасти в миллиарды раз больше Солнца всего через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва.

Яркие исходящие струи J0529 питаются процессом под названием Супер-Эддингтон. Аккреция, когда объект превышает свой «предел Эддингтона», максимальную яркость, при которой объект может светить, учитывая его массу, которая не сдувает материал, вызывающий его рост.

Черная дыра может вырасти за пределы своего предела Эддингтона в течение определенного периода времени, но при этом она в долгосрочной перспективе пожертвует частью своего общего размера, поскольку материал, который в противном случае способствовал бы увеличению ее массы, был бы сдут под давлением ее собственного свет.

Те же самые струи, которые выбрасываются таким образом, могут оказать серьезное влияние на формирование галактик, поскольку они могут остановить звездообразование на своем пути, а также рассеять материал в другие галактики за пределами той, которая создала джет.

По мере того, как мы получим более мощные телескопы, мы сможем получить еще более детальную картину того, что происходит в этих далеких галактиках.

И, надеюсь, эти фотографии позволит нам не только проверить наши предположения о том, что мы знаем о Вселенной, но и даст новое представление о том, что мы могли бы там узнать.

Это одна из причин, почему цикл технологического прогресса, способствующего научным открытиям, настолько силен.

Эта статья была первоначально опубликована в журнале Universe Today. Прочтите оригинал статьи.