RW Space

Сверхмассивная черная дыра в Космическом рассвете побила рекорд самой ранней черной дыры, которую мы когда-либо видели.

Она была обнаружена в галактике, известной как UHZ1, всего 470 миллионов лет назад. после Большого взрыва, периода времени, когда Вселенная была еще младенцем. На самом деле, во Вселенной так рано, что черная дыра находится на стадии развития, которую мы никогда раньше не видели – ее масса аналогична массе родительской галактики, растущей вокруг нее.

Это так далеко – со светом, который путешествовал 13,2 миллиарда лет, чтобы достичь нас – что для его обнаружения потребовалась объединенная мощь рентгеновской обсерватории «Чандра», космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) и причуда теории относительности, скрывающаяся в мрачные глубины времени и пространства.

Это открытие, по мнению группы под руководством астрофизика Акоса Богдана из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики (CfA), представляет собой ключевое доказательство способа образования сверхмассивных черных дыр. для этого требуется прямой гравитационный коллапс огромного облака газа в сверхплотный объект, который затем с течением времени становится все больше и больше.

«Существуют физические пределы того, насколько быстро черные дыры могут расти после того, как они сформировались, но те, которые рождаются более массивными, имеют преимущество», — говорит астрофизик Энди Гулдинг из Принстонского университета. «Это похоже на посадку саженца: для того, чтобы вырасти в полноразмерное дерево, требуется меньше времени, чем если бы вы начали с одного семени».

Особенность сверхмассивных черных дыр заключается в том, что они почти непостижимо огромны. Стрелец А*, сверхмассивная черная дыра в центре Млечного Пути, имеет массу в целых 4,3 миллиона раз больше Солнца – и это относительно скромно, если сравнивать со сверхмассивными черными дырами.

Мы не знаем. Я действительно не знаю, как эти объекты стали такими громоздкими, но одна вещь становится совершенно ясной: в ранней Вселенной их было гораздо больше, чем мы ожидали, и они слишком массивны, чтобы вырасти до таких размеров из чего-то, размером со звезду, вскоре после Большого взрыва.

Лучший способ выяснить, что происходит, — это посмотреть и сделать выводы на основе того, что мы наблюдаем, но эта первая часть далека от реальности. легче сказать, чем сделать.

Космический рассвет, который охватывает первый миллиард лет или около того после Большого взрыва, действительно очень далек, и любой свет в этих далеких пределах очень тусклый и очень красный, ослабленный. за счет расширения пространства-времени.

JWST — самый мощный космический телескоп, когда-либо построенный, и он видит Вселенную в этом красном свете. Но даже в этом случае этого недостаточно.

Чтобы обнаружить UHZ1, Богдан и его команда воспользовались причудой теории относительности, называемой гравитационной линзой. Они существуют потому, что огромная гравитация в одной точке, такая как гравитация скопления галактик, заставляет само пространство-время искривляться вокруг нее. Любой свет, проходящий через это искривленное пространство-время из более отдаленных частей Вселенной, может стать увеличенным, воспроизведенным и искаженным.

UHZ1 находится за пределами скопления галактик на расстоянии около 3,5 миллиардов световых лет от нас под названием Abell 2744, гравитация которого вызвала четырехкратное усиление света UHZ1. Это означало, что JWST мог различать свет самой галактики; и Чандра смогла различить рентгеновское излучение, испускаемое газом, вращающимся вокруг сверхмассивной черной дыры в ее центре.

На основании этого света Богдан и его команда оценили массу как черной дыры, так и массы галактика вокруг него. Если черная дыра поглощает материал с максимальной возможной скоростью, ее масса составит от 10 до 100 миллионов раз больше массы Солнца. Исследователи обнаружили, что это примерно такая же масса, как у остальных звезд в галактике UHZ1 вместе.

Как правило, соотношение Масса черной дыры относительно массы ее родительской галактики составляет около половины процента. Массы, задействованные здесь, позволяют предположить, что UHZ1 и ее черная дыра все еще находятся на очень детских стадиях — и что зародыш черной дыры, должно быть, образовался в результате прямого коллапса, а не медленной аккреции.

«Мы думаем, что это «Это первое обнаружение «чрезмерной черной дыры» и лучшее на сегодняшний день доказательство того, что некоторые черные дыры образуются из массивных облаков газа», — говорит астрофизик Приямвада Натараджан из Йельского университета. «Впервые мы наблюдаем краткий период, когда сверхмассивная черная дыра весит примерно столько же, сколько звезды в ее галактике, прежде чем она отстает».

Это не значит, что модель медленной аккреции может Это также верно, по крайней мере, для некоторых сверхмассивных черных дыр. Но совокупность данных свидетельствует о том, что, по крайней мере, в самой ранней Вселенной, прямой коллапс — лучший способ создать сверхбольшую черную дыру.

И тем не менее, мы едва прикоснулись к поверхности того, что JWST можно было найти в ранней Вселенной. Мрачная заря времен, без сомнения, преподносит нам еще больше сюрпризов.

Исследование было принято в Nature Astronomy и доступно на сервере препринтов arXiv.