Спящая массивная черная дыра в ранней Вселенной бросает вызов существующим моделям
Автор: Jiarong Gu
Ученые обнаружили огромную черную дыру в ранней Вселенной, которая «дремлет», наевшись слишком большого количества еды. Подобно медведю, который объедается лососем перед зимней спячкой, или столь необходимому сну после рождественского ужина, эта черная дыра переела до такой степени, что теперь бездействует в своей галактике-хозяине.
Международная группа астрономов под руководством Кембриджского университета использовала космический телескоп Джеймса Уэбба NASA/ESA/CSA, чтобы обнаружить эту черную дыру в ранней Вселенной, всего через 800 миллионов лет после Большого взрыва.
Черная дыра огромна — в 400 миллионов раз больше массы нашего Солнца — что делает ее одной из самых массивных черных дыр, обнаруженных Уэббом на данном этапе развития Вселенной. Черная дыра настолько огромна, что составляет примерно 40% от общей массы своей галактики-хозяина: для сравнения, большинство черных дыр в локальной Вселенной составляют примерно 0,1% от массы своей галактики-хозяина.
Однако, несмотря на свои гигантские размеры, эта черная дыра поглощает, или аккрецирует, газ, необходимый ей для роста, с очень низкой скоростью — примерно в 100 раз ниже ее теоретического максимального предела, — что делает ее по сути спящей.
Чёрная дыра́ — область пространства-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть её не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света, в том числе кванты самого света. Граница этой области называется горизонтом событий. В простейшем случае сферически симметричной чёрной дыры он представляет собой сферу с радиусом Шварцшильда, который считается характерным размером чёрной дыры.
Теоретическая возможность существования данных областей пространства-времени следует из некоторых точных решений уравнений Эйнштейна, первое из которых было получено Карлом Шварцшильдом в 1915 году. Википедия
Чёрная дыра́ — область пространства-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть её не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света, в том числе кванты самого света. Граница этой области называется горизонтом событий. В простейшем случае сферически симметричной чёрной дыры он представляет собой сферу с радиусом Шварцшильда, который считается характерным размером чёрной дыры.
Теоретическая возможность существования данных областей пространства-времени следует из некоторых точных решений уравнений Эйнштейна, первое из которых было получено Карлом Шварцшильдом в 1915 году. Википедия
Читайте также:Астрономы обнаружили в Млечном Пути новый загадочный объектАстрономы обнаружили старейшую из когда-либо наблюдавшихся черных дырЧерная дыра в центре нашей галактики изменяет пространство-время вокруг себяОбнаружена самая древняя черная дыра с массой в 10 миллионов раз больше, чем у нашего Солнца
«Хотя эта черная дыра и спит, ее огромные размеры позволили нам ее обнаружить», — сказал ведущий автор Игнас Юоджбалис из Института космологии Кавли в Кембридже. «Ее спящее состояние позволило нам также узнать о массе галактики-хозяина. Ранняя Вселенная умудрилась произвести на свет некоторых абсолютных монстров, даже в относительно крошечных галактиках».
Согласно стандартным моделям, черные дыры образуются из коллапсировавших остатков мертвых звезд и аккрецируют материю до предсказанного предела, известного как предел Эддингтона, где давление излучения на материю превышает гравитационное притяжение черной дыры. Однако огромные размеры этой черной дыры говорят о том, что стандартные модели не могут адекватно объяснить, как формируются и растут эти монстры.
«Возможно, что черные дыры «рождаются большими», что может объяснить, почему Уэбб обнаружил огромные черные дыры в ранней Вселенной», — сказал соавтор, профессор Роберто Майолино из Института Кавли и Кавендишской лаборатории Кембриджа. «Но другая возможность заключается в том, что они проходят через периоды гиперактивности, за которыми следуют длительные периоды покоя».
Работая с коллегами из Италии, исследователи из Кембриджа провели ряд компьютерных симуляций, чтобы смоделировать, как эта спящая черная дыра могла вырасти до таких огромных размеров на столь раннем этапе существования Вселенной. Они обнаружили, что наиболее вероятный сценарий заключается в том, что черные дыры могут превышать предел Эддингтона на короткие периоды, в течение которых они растут очень быстро, за которыми следуют длительные периоды бездействия: Исследователи говорят, что черные дыры, подобные этой, вероятно, питаются в течение 5–10 миллионов лет и спят около 100 миллионов лет.
«Кажется нелогичным объяснять спящую черную дыру периодами гиперактивности, но эти короткие всплески позволяют ей быстро расти, проводя большую часть времени в состоянии сна», — сказал Майолино.
Поскольку периоды покоя намного длиннее периодов сверхбыстрого роста, именно в эти периоды астрономы с наибольшей вероятностью обнаруживают черные дыры. «Это был первый результат, который я получил в рамках своей докторской диссертации, и мне потребовалось некоторое время, чтобы оценить, насколько он был замечательным», — сказал Юоджбалис. «Только когда я начал общаться с коллегами по теоретической стороне астрономии, я смог увидеть истинное значение этой черной дыры».
Из-за низкой светимости спящие черные дыры сложнее обнаружить астрономам, но исследователи говорят, что эта черная дыра почти наверняка является верхушкой гораздо большего айсберга, если черные дыры в ранней Вселенной проводили большую часть своего времени в состоянии покоя.
«Вероятно, подавляющее большинство черных дыр находятся в этом спящем состоянии. Я удивлен, что мы нашли эту, но я рад думать, что мы можем найти гораздо больше», — сказал Майолино.
Больше информации: Ignas Juodžbalis et al, A dormant overmassive black hole in the early Universe, Nature (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-08210-5
Источник: University of Cambridge
0 комментариев