Используя JWST, чтобы поближе рассмотреть древние галактики, в которых, как известно, находятся интенсивные объекты, излучающие рентгеновские лучи, исследователи обнаружили свидетельства существования сверхмассивной черной дыры, которая, похоже, поглощает материю со скоростью, более чем в 40 раз превышающей ее теоретический предел. Объект, получивший название LID-568 и наблюдавшийся всего через 1,5 миллиарда лет после Большого взрыва, был назван самой быстрорастущей черной дырой в ранней Вселенной.
Открытие этой супернеряшливой пожирательницы может служить доказательством того, что некоторые черные дыры способны временно превышать свои теоретические пределы питания — известные как предел Эддингтона — что позволяет им расти невероятно быстро в течение коротких периодов времени. Исследование команды было опубликовано 4 ноября в журнале Nature Astronomy.
«У этой черной дыры настоящий пир», — заявила соавтор исследования Джулия Шарвехтер, астроном из Международной обсерватории Gemini и лаборатории NOIRLab Национального научного фонда. «Этот экстремальный случай показывает, что механизм быстрого питания выше предела Эддингтона является одним из возможных объяснений того, почему мы видим эти очень тяжелые черные дыры так рано во Вселенной».
В новом исследовании команда использовала инфракрасное зрение JWST для изучения нескольких галактик с исключительно яркими рентгеновскими выбросами, которые ранее были замечены рентгеновской обсерваторией НАСА «Чандра». Подобные мощные выбросы часто ассоциируются с активно питающимися черными дырами, которые могут поглощать материю с такой силой, что диски впадающего в них вещества вокруг них нагреваются и светятся, иногда превосходя по яркости целые галактики. По данным Национальной радиоастрономической обсерватории, в некоторых случаях часть сваливающейся материи может улетучиваться в горячих быстро движущихся потоках, которые помогают дисковой системе черной дыры сохранять угловой момент во время питания.
Наблюдая за LID-568 с помощью JWST, исследователи обнаружили потоки газа, окружающие черную дыру и не похожие ни на что ранее виденное. Скорость и размер этих потоков указывали на гигантский эпизод питания черной дыры, в ходе которого космический монстр в течение короткого времени ел со скоростью, значительно превышающей его эддингтоновский предел. (У каждой черной дыры есть свой предел Эддингтона, который соотносит светимость или яркость объекта со скоростью, с которой он может поглощать массу).
По мнению исследователей, эта единичная «кормушка» могла дать древней черной дыре большую часть ее наблюдаемой массы.
«Открытие суперэддингтоновской аккрецирующей черной дыры говорит о том, что значительная часть роста массы может происходить в течение одного эпизода быстрого питания», — говорится в заявлении ведущего автора исследования Хайвона Суха, астронома из Международной обсерватории Gemini и лаборатории NOIRLab.
Это открытие не только свидетельствует о том, что черные дыры способны превышать свои эддингтоновские пределы — и дает астрономам главную цель для изучения этого явления, — но и предлагает дразнящий ключ к одной из непреходящих загадок JWST. Если черные дыры могут превышать установленные ими самими пределы питания и поглощать огромные объемы массы за короткие промежутки времени, это может помочь раскрыть механизм, который может служить топливом для сверхбольших черных дыр, недавно замеченных JWST в самой ранней Вселенной.
Для дальнейшего изучения этого потенциального механизма команда планирует последующие исследования LID-568 с помощью JWST.
Наблюдения за LID-568 не только подчеркивают уникальные особенности этой черной дыры, но и открывают новые горизонты для дальнейших исследований. Исследователи намерены использовать данные JWST, чтобы изучать изменения в характеристиках аккреции и динамики окружающего газа в течение времени. Это поможет лучше понять, как такие экстремальные объекты могут взаимодействовать с окружающей средой и как это влияет на их эволюцию.
Совместное использование различных инструментов, таких как инфракрасные спектрометры и изображения телескопа, позволит углубить наш анализ. Ученые планируют провести сравнение с другими галактиками и черными дырами, чтобы выявить закономерности и исключения в поведении этих массивных объектов. Добавление данных о рентгеновских выбросах и других излучениях может еще больше прояснить процесс аккреции.
Результаты исследований LID-568 станут важным шагом к ответам на вопросы о ранней Вселенной и формировании черных дыр. Это может предоставить ключевые подсказки о механизмах, которые могли бы объяснять феномены, наблюдаемые в самых ранних эпохах космоса, и, возможно, перевернуть наши представления о космологической эволюции и динамике галактик.
