За допомогою телескопів NASA астрономи відкрили найвіддаленішу чорну діру, яку коли-небудь бачили в рентгенівських променях. Чорна діра перебуває на ранній стадії зростання, яка ніколи раніше не спостерігалася, де її маса подібна до маси галактики, що її приймає. Цей результат може пояснити, як утворилися деякі з перших надмасивних чорних дір у Всесвіті.
Поєднавши дані з рентгенівської обсерваторії NASA Чандра та космічного телескопа NASA Джеймса Вебба, команда дослідників змогла знайти характерну ознаку зростаючої чорної діри всього через 470 млн років після Великого вибуху.
“Нам потрібен був Вебб, щоб знайти цю надзвичайно далеку галактику, і Чандра, щоб знайти її надмасивну чорну діру”, – сказав Акос Богдан з Центру астрофізики Гарвардського і Смітсонівського університетів (CfA). “Ми також скористалися космічною лупою, яка збільшила кількість світла, яке ми виявили”. Цей збільшувальний ефект відомий як гравітаційне лінзування.
Богдан і його команда знайшли чорну діру в галактиці під назвою UHZ1 в напрямку скупчення галактик Abell 2744, розташованого за 3,5 млрд світлових років від Землі. Однак дані Вебба показали, що галактика знаходиться набагато далі, ніж скупчення, на відстані 13,2 млрд світлових років від Землі, коли всесвіт був лише 3% від свого нинішнього віку.
Понад два тижні спостережень за допомогою Чандри показали наявність у цій галактиці інтенсивного, перегрітого газу, що випромінює рентгенівське випромінювання – характерна ознака зростаючої надмасивної чорної діри. Світло від галактики та рентгенівське випромінювання від газу навколо її надмасивної чорної діри збільшується приблизно в чотири рази завдяки проміжній матерії в Abell 2744 (через гравітаційне лінзування), що посилює інфрачервоний сигнал, виявлений Веббом, і дозволяє Чандрі виявити слабке джерело рентгенівського випромінювання.
Це відкриття важливе для розуміння того, як деякі надмасивні чорні діри можуть досягати колосальних мас невдовзі після Великого вибуху. Чи утворюються вони безпосередньо від колапсу масивних хмар газу, створюючи чорні діри масою від 10 000 до 100 000 сонць? Чи вони походять від вибухів перших зірок, які створюють чорні діри вагою лише від 10 до 100 сонць?
“Існують фізичні обмеження на те, як швидко чорні діри можуть рости після того, як вони утворилися, але ті, що народжуються масивнішими, мають фору. Це схоже на посадку саджанця, якому потрібно менше часу, щоб вирости в повнорозмірне дерево, ніж якби ви почали з насіння”, – говорить Енді Гулдінг з Прінстонського університету.
Команда Богдана знайшла переконливі докази того, що нововідкрита чорна діра народилася масивною. Її маса оцінюється в діапазоні від 10 до 100 млн сонць, виходячи з яскравості та енергії рентгенівського випромінювання. Цей діапазон мас подібний до маси всіх зірок у галактиці, де вона живе, що різко контрастує з чорними дірами в центрах галактик у сусідньому Всесвіті, які зазвичай містять лише десяті частки відсотка маси зірок своєї галактики.
Велика маса чорної діри в молодому віці, а також кількість рентгенівського випромінювання, яке вона виробляє, і яскравість галактики, виявленої “Веббом”, узгоджуються з теоретичними прогнозами 2017 року співавтора статті Пріямвади Натараджана з Єльського університету щодо “Надвеликої чорної діри”, яка безпосередньо утворилася в результаті колапсу величезної хмари газу.
“Ми вважаємо, що це перше виявлення “Надвеликої чорної діри” і найкращий доказ того, що деякі чорні діри утворюються з масивних хмар газу”, – сказав Натараджан. “Вперше ми спостерігаємо коротку стадію, коли надмасивна чорна діра важить приблизно стільки ж, скільки зірки в її галактиці, перш ніж вона відстає”.
Дослідники планують використати цей та інші результати, отримані з Вебба, а також ті, що поєднують дані з інших телескопів, для створення повнішої картини раннього Всесвіту. Космічний телескоп NASA “Габбл” раніше показав, що світло від далеких галактик сильно посилюється речовиною в проміжному скупченні галактик, що частково пояснює мотивацію спостережень Вебба і Чандри, описаних тут.
Читайте також: