Исследователи обнаружили самую старую черную дыру из когда-либо наблюдавшихся с помощью JWST

Исследователи обнаружили самую старую из когда-либо наблюдавшихся черных дыр, датируемую периодом зарождения Вселенной, и обнаружили, что она «съедает» свою галактику. Международная команда, возглавляемая Кембриджским университетом, использовала космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) для обнаружения черной дыры, которая датируется 400 миллионами лет после Большого взрыва, более 13 миллиардов лет назад. Результаты, которые, по словам ведущего автора исследования профессора Роберто Майолино, являются «гигантским скачком вперед», опубликованы в журнале Nature.

На этом рисунке диск горячего газа вращается вокруг питающейся им черной дыры. НАСА/Лаборатория реактивного движения Калифорнийского технологического института

Тот факт, что эта удивительно массивная черная дыра, в несколько миллионов раз превышающая массу нашего Солнца, существовала во Вселенной на такой ранеей стадии, бросает вызов нашим предположениям о том, как формируются и растут черные дыры. Астрономы считают, что сверхмассивные черные дыры, обнаруженные в центре галактик, таких как Млечный Путь, выросли до своих нынешних размеров за миллиарды лет. Но размер этой недавно обнаруженной черной дыры говорит о том, что они могут формироваться другими способами: они могут «рождаться большими» или они могут поедать материю со скоростью, которая в пять раз быстрей, чем считалось возможным.

Согласно стандартным моделям, сверхмассивные черные дыры образуются из остатков мертвых звезд, которые коллапсируют и могут образовывать черную дыру массой примерно в сто раз больше массы Солнца. Если бы она росла ожидаемым образом, этой недавно обнаруженной черной дыре потребовалось бы около миллиарда лет, чтобы вырасти до наблюдаемых размеров. Однако Вселенной не было еще и миллиарда лет, когда эта черная дыра была обнаружена.

Галактика GN-z11, в центре которой космический телескоп «Джеймс Уэбб» обнаружил самую старую из когда-либо обнаруженных черных дыр.

"В настоящее время нет теории способной объяснить черную дыру такой массы и такого возраста, поэтому мы должны рассмотреть другие пути ее формирования", - сказал Майолино из Кавендишской лаборатории в Кембридже и Института космологии Кавли. Можно предположить, что очень ранние галактики были чрезвычайно богаты газом, поэтому они были похожи на ресторан для черных дыр.

Как и все черные дыры, эта молодая черная дыра поглощает материал из своей галактики, чтобы подпитывать свой рост. Тем не менее, оказалось, что эта древняя черная дыра поглощает материю гораздо энергичнее, чем ее братья и сестры в более поздние эпохи.

Молодая родительская галактика, получившая название GN-z11, светится от энергичной черной дыры в ее центре. Черные дыры нельзя наблюдать непосредственно, но вместо этого они обнаруживаются по характерному свечению закрученного аккреционного диска, который формируется вблизи краев черной дыры. Газ в аккреционном диске становится чрезвычайно горячим и начинает светиться и излучать энергию в ультрафиолетовом диапазоне. Благодаря этому сильному свечению астрономы могут обнаруживать черные дыры.

GN-z11 – компактная галактика, примерно в сто раз меньше, чем Млечный Путь, но черная дыра, вероятно, вредит ее развитию. Когда черные дыры потребляют слишком много газа, они отталкивают его, как сверхбыстрый ветер. Этот «ветер» может остановить процесс звездообразования, медленно убивая галактику, но он также убьет саму черную дыру, поскольку он также отрежет источник «пищи» для черной дыры.

Майолино говорит, что гигантский скачок вперед, сделанный JWST, делает это время самым захватывающим в его карьере. «Это новая эра: гигантский скачок в чувствительности, особенно в инфракрасном диапазоне, подобен переходу от телескопа Галилея к современному телескопу за одну ночь», — сказал он. До того, как «Уэбб» появился в сети, я думал, что, возможно, Вселенная не так интересна, если выйти за рамки того, что мы можем увидеть с помощью космического телескопа «Хаббл». Но это совсем не так: Вселенная была довольно щедра в том, что она нам показывает, и это только начало».

Майолино говорит, что чувствительность JWST означает, что в ближайшие месяцы и годы могут быть обнаружены еще более старые черные дыры. Майолино и его команда надеются использовать будущие наблюдения JWST, чтобы попытаться найти более мелкие «семена» черных дыр, которые могут помочь им распутать различные пути формирования черных дыр: независимо от того, являются ли они большими или быстро растут.