Исследователи, прочесывающие некоторые из самых ранних галактик во Вселенной, обнаружили одну, которая, по-видимому, имеет активно питающуюся центральную черную дыру. Основываясь на количестве излучаемого им излучения, исследователи подсчитали, что на его долю приходится примерно половина массы всей галактики, в которой она находится, — удивительно высокая доля по сравнению с современными галактиками.
Тот факт, что такой большой объект может существовать только через полмиллиарда лет после Большого взрыва, накладывает серьезные ограничения на то, как он мог образоваться, что убедительно свидетельствует о том, что сверхмассивные черные дыры образовались, даже не пройдя промежуточный этап, связанный с звездой.
Старые рентгеновские снимки
Самые ранние галактики во Вселенной, о которых мы знаем, были идентифицированы с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба, который воспользовался скоплением галактик на переднем плане и увеличил более далекие галактики с помощью гравитационного линзирования. Используя линзу, предоставленную определенным скоплением, Уэбб идентифицировал 11 галактик, которые были изображены такими, какими они существовали менее чем через миллиард лет после Большого взрыва.
Международная группа астрономов решила проверить эти галактики на наличие сверхмассивных черных дыр, которые находятся в центре современных галактик. Когда они питаются, они излучают обильное количество рентгеновских лучей, поэтому исследователи обратились к рентгеновской обсерватории Чандра, используя ее для изображения линзированной области и сравнивая положение источников с положением галактик, идентифицированных Уэббом. Чтобы собрать достаточно данных, «Чандра» потратила до двух недель на съемку одного места.
Было одно явное совпадение с галактикой под названием UHZ1, увеличенной гравитационной линзой почти в четыре раза. Рентгеновские снимки из этого места выделялись над фоном на четыре стандартных отклонения. (Может быть информация о рентгеновских лучах, связанных с другими 10 галактиками, но исследователи говорят, что опубликуют ее отдельно.) UHZ1 имеет красное смещение z=10, что означает, что мы смотрим на нее такой, какой она существовала около 500 миллионов лет после Большого взрыва.
Количество энергии, исходящей от этого источника рентгеновского излучения, соответствует активному галактическому ядру — объектам, питаемым сверхмассивной черной дырой, находящейся в центре галактики. Основываясь на обнаруженных длинах волн, исследователи полагают, что объект находится в пелене из пыли и газа внутри своей родительской галактики.
Как быстро съедает черная дыра?
Чтобы понять эти результаты, вам необходимо понять предел Эддингтона, который определяет, насколько быстро черная дыра может поглощать материал из своего окружения. Названный в честь Артура Эддингтона, который выполнил первые расчеты по ней, предел установлен тем фактом, что материя должна потерять энергию, чтобы упасть в черную дыру — в противном случае она просто осталась бы на орбите вокруг нее. Эта энергия будет потеряна в виде излучения, которое будет поглощено близлежащей материей и отгонит ее дальше от черной дыры.
В результате, даже если у черной дыры есть много материала, которым можно питаться, ее рацион оказывается ограниченным: если питаться слишком много, и радиация перекроет запасы пищи. Итак, учитывая массу черной дыры, предел Эддингтона можно рассчитать как максимальное количество материала, которое она может поглотить за заданное время.
Есть способы превысить предел Эддингтона, если материал направляется к черной дыре. Но для этого требуются очень специфические конфигурации газа, которые подают материал непосредственно в гравитационный колодец, и поэтому подача супер-Эддингтона считается временным отклонением.
