С помощью космической обсерватории «Джеймс Уэбб» международная команда астрономов наблюдала галактику, сформировавшуюся всего через 1,5 миллиарда лет после Большого взрыва. В центре этой древней структуры расположилась «прожорливая» черная дыра малой массы под названием LID-568, которая поглощала материю со скоростью, в 40 раз превышающей возможные теоретические пределы.
В центрах большинства известных галактик располагаются сверхмассивные черные дыры, однако, когда речь идет о космических «монстрах», сформировавшихся в ранней Вселенной, у ученых возникают вопросы: астрофизики долго пытались понять, каким образом эти объекты выросли до огромных размеров за относительно небольшой период времени.
Напомним, ранней Вселенной космологи называют эпоху первых миллиардов лет после Большого взрыва. Именно в это время сформировались первые атомы и звезды, которые привели к появлению крупных структур типа галактик, наблюдаемых сегодня.
Теперь международная исследовательская группа под руководством астронома Хювон Сух (Hyewon Suh) из обсерватории «Джемини» изучила объект LID-568 — черную дыру, расположенную в центре древней галактики, ранее обнаруженной с помощью космической обсерватории «Чандра» в рентгеновском диапазоне. Затем, чтобы лучше изучить объект и определить его точное местоположение, астрономы воспользовались инфракрасным спектрографом NIRSpec — одним из основных инструментов орбитальной обсерватории «Джеймс Уэбб».
Данные наблюдений помогли выявить мощные выбросы газа вокруг черной дыры LID-568, скорость и размер которых позволили предположить, что черная дыра в сердце древней галактики обрела значительную часть своей массы за один эпизод аккреции. Результаты исследования представлены в журнале Nature Astronomy.
Дальнейший анализ показал, что LID-568 устроила самый настоящий космический пир, поглощая материю со скоростью, которая в 40 раз превышает так называемый предел Эддингтона — порог, связанный с максимальной светимостью окрестностей черной дыры (ее аккреционного диска), а также с тем, насколько быстро она «питается». Объект, вероятно, наращивал массу в рамках однократного «приема пищи», причем вне зависимости от того, как именно образовался.
Это важно, поскольку современные теории формирования сверхмассивных черных дыр предполагают, что эти объекты образовались из малых черных дыр или «семян», возникших в результате гибели первых звезд (легкие «семена») или прямого коллапса газовых облаков (тяжелые «семена»). До сих пор эти теории не были подтверждены наблюдениями.
Таким образом, исследование предоставило новые данные о формировании сверхмассивных черных дыр из меньших «семян», а также позволило обнаружить выбросы газа вокруг центра LID-568, действующие как своеобразный «клапан», который позволяет избыточной энергии, генерируемой экстремальной аккрецией (поглощением), выходить наружу, тем самым предотвращая дестабилизацию системы.
Полного понимания механизма, с помощью которого черные дыры поглощают материю со скоростью, превышающей предел Эддингтона, и быстро наращивают массу, у ученых пока нет. Наблюдения, подобные этим, помогут ответить на вопрос о том, как именно в ранней Вселенной сформировались черные дыры и галактики.